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文檔簡介
第五章實驗六1.如圖甲所示,一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗.有一直徑為d、質量為m的金屬小球由A處由靜止釋放,下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門,測得A、B間的距離為H(H≥d),光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t,當地的重力加速度為g.(1)如圖乙所示,用游標卡尺測得小球的直徑d=__________mm.(2)多次改變高度H,重復上述實驗,作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖象如圖丙所示,當圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達式____________時,可判斷小球下落過程中機械能守恒.(3)實驗中發現動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp,增加下落高度后,則ΔEp-ΔEk將____________(填“增大”、“減小”或“不變”).解析:(1)由圖可知,主尺刻度為7mm,游標尺對齊的刻度為第5格,故讀數為7mm+5×0.05mm=7.25mm.(2)若減少的重力勢能等于增加的動能,則可以認為機械能守恒,則有mgH=eq\f(1,2)mv2,即2gH0=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t0)))2,解得2gH0teq\o\al(2,0)=d2.(3)由于該過程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多,故增加下落高度后,ΔEp-ΔEk將增大.答案:(1)7.25(2)2gH0teq\o\al(2,0)=d2(3)增大2.利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖甲所示,水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌,導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊,其總質量為M,左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩和一質量為m的小球相連;遮光片兩條長邊與導軌垂直,導軌上B點有一光電門,可以測量遮光片經過光電門時的擋光時間t,用d表示A點到光電門B處的距離,b表示遮光片的寬度,將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度,實驗時滑塊在A處由靜止開始運動.(1)某次實驗測得傾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統動能增加量可表示為ΔEk=____________,系統的重力勢能減少量可表示為ΔEp=____________,在誤差允許的范圍內,若ΔEk=ΔEp,則可認為系統的機械能守恒.(用題中字母表示)(2)在上次實驗中,某同學改變A、B間的距離,作出的v2-d圖象如圖乙所示,并測得M=m,則重力加速度g=____________m/s2.解析:(1)系統動能增加量可表示為ΔEk=eq\f(1,2)(M+m)veq\o\al(2,B)=eq\f(M+mb2,2t2),系統的重力勢能減少量可表示為ΔEp=mgd-mgdsin30°=eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m-\f(M,2)))gd.(2)根據機械能守恒可得eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m-\f(M,2)))gd=eq\f(1,2)(M+m)v2,即g=eq\f(2v2,d),代入數據得g=9.6m/s2.答案:(1)eq\f(M+mb2,2t2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m-\f(M,2)))gd(2)9.63.(2017·廣州執信中學期中)如圖甲所示的裝置叫做阿特伍德機,是英國數學家和物理學家阿特伍德創制的一種著名力學實驗裝置,用來研究勻變速直線運動的規律.某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律,如圖乙所示.(1)實驗時,該同學進行了如下操作:①將質量均為M(A的含擋光片、B的含掛鉤)的重物用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止狀態.測量出______________________(填“A的上表面”、“A的下表面”或“擋光片中心”)到光電門中心的豎直距離h.②在B的下端掛上質量為m的物塊C,讓系統(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開始運動,光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt.③測出擋光片的寬度d,計算有關物理量,驗證機械能守恒定律.(2)如果系統(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒,應滿足的關系式為__________________(已知重力加速度為g).(3)引起該實驗系統誤差的原因有________________________(寫一條即可).(4)驗證實驗結束后,該同學突發奇想:如果系統(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒,不斷增大物塊C的質量m,重物B的加速度a也將不斷增大,那么a與m之間有怎樣的定量關系?a隨m增大會趨于一個什么值?請你幫該同學解決:①寫出a與m之間的關系式:________________________(還要用到M和g).②a的值會趨于__________________.解析:(1)①實驗時,測量出擋光片中心到光電門中心的豎直距離h;(2)重物A經過光電門時的速度為v=eq\f(d,Δt);則如果系統(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒,應滿足的關系式為mgh=eq\f(1,2)(2M+m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2(3)引起該實驗系統誤差的原因:繩子有一定的質量、滑輪與繩子之間有摩擦、重物運動受到空氣阻力等(4)①根據牛頓第二定律可知mg=(m+2M)a,解得:a=eq\f(mg,2M+m)=eq\f(g,\f(2M,m)+1)②當m增大時,式子的分母趨近于1,則a的值會趨于重力加速度g.答案:(1)①擋光片中心(2)mgh=eq\
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