2.(平抛运动+验证机械能守恒)某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平,离地面的高度为H。将钢球从轨道的不同高度h处静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.
(1)若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足s2= (用H、h表示).
(2)该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示:
|
h(10-1m) |
2.00 |
3.00 |
4.00 |
5.00 |
6.00 |
|
s2 (10-1m2) |
2.62 |
3.89 |
5.20 |
6.53 |
7.78 |
请在坐标纸上作出s2--h关系图.
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2--h关系图线(图中已画出),自同一高度静止释放的钢球,水平抛出的速率 (填“小于”或“大于”)理论值
(4)从s2--h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的可能原因是 .
解析:(1)根据机械能守恒,可得离开轨道时速度为
,由平抛运动知识可求得时间为
,可得
.
(2)依次描点,连线,注意不要画成折线。
(3)从图中看,同一h下的s2值,理论值明显大于实际值,而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决定,可见实际水平速率小于理论速率。
(4)由于客观上,轨道与小球间存在摩擦,机械能减小,因此会导致实际值比理论值小。小球的转动也需要能量维持,而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动能的这一部分,也会导致实际速率明显小于“理论”速率(这一点,可能不少同学会考虑不到)
针对典型精析的例题题型,训练以下习题。
1. 小明同学在学习了DIS实验后,设计了一个测物体瞬时速度的实验,其装置如下图所示。在小车上固定挡光片,使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面,垫高轨道的一端。小明同学将小车从该端同一位置由静止释放,获得了如下几组实验数据。
|
实验 次数 |
不同的 挡光片 |
通过光电门的时间 (s) |
速度 ( |
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第一次 |
I |
0.23044 |
0.347 |
|
第二次 |
Ⅱ |
0.17464 |
0.344 |
|
第三次 |
Ⅲ |
0.11662 |
0.343 |
|
第四次 |
Ⅳ |
0.05850 |
0.342 |
则以下表述正确的是
①四个挡光片中,挡光片I的宽度最小
②四个挡光片中,挡光片Ⅳ的宽度最小
③四次实验中,第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度
④四次实验中,第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
点拨:此题考查光电门。答案:D