20.某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)”,在本實(shí)驗(yàn)中:

(1)現(xiàn)有器材、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、鐵架臺(tái)(包括鐵夾)、紙帶、附夾子的重錘、刻度尺、秒表、導(dǎo)線若干,其中此實(shí)驗(yàn)不需要使用的器材是秒表.
實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是摩擦(選填“空氣”或“摩擦”)阻力的影響.
(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重錘的質(zhì)量為m,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打所用交流電源的周期為T,如圖乙是正確操作得到紙帶的一部分,圖中O不是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打的第一個(gè)點(diǎn),O、A、B、C、D、E、F分別是連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn),測出各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為sA、sB、sC、sD、sE、sF,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,則從打下計(jì)時(shí)點(diǎn)A到E的過程中,重錘的重力勢能的減少量為mg(sE-sA).動(dòng)能的增加量為$\frac{m}{8{T}^{2}}$[(sF-sD2-${s}_{B}^{2}$].
(3)在實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電頻率為50Hz,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2,實(shí)驗(yàn)選用的重物質(zhì)量m=1kg,紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的連續(xù)計(jì)時(shí)點(diǎn)A、B、C到打下第一點(diǎn)O的距離如圖丙所示,則從打下O點(diǎn)至B點(diǎn)的過程中,重物重力勢能的減少量△Ep=2.55J,動(dòng)能的增加量△Ek=2.50J.(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)
(4)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),△Ep大于△Ek(選填“小于”、“大于”或“等于”),這是因?yàn)橹匚锵侣溥^程中受到摩擦阻力作用.

分析 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中,驗(yàn)證動(dòng)能的增加量與重力勢能的減小量是否相等,所以要測重錘下降的距離和瞬時(shí)速度,測量瞬時(shí)速度和下降的距離均需要刻度尺,不需要秒表,重錘的質(zhì)量可測可不測.
紙帶實(shí)驗(yàn)中,若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng),測得紙帶上的點(diǎn)間距,利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論,可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度.從而求出動(dòng)能.根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值;
紙帶法實(shí)驗(yàn)中,若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng),測得紙帶上的點(diǎn)間距,利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論,可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度,從而求出動(dòng)能.
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,明確誤差來源,知道重物下落要克服阻力做功.

解答 解:(1)在實(shí)驗(yàn)中需要刻度尺測量紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)間的距離從而可知道重錘下降的距離,以及通過紙帶上兩點(diǎn)的距離,求出平均速度,從而可知瞬時(shí)速度.紙帶上相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)的時(shí)間間隔已知,所以不需要秒表.重錘的質(zhì)量可測可不測,所以不需要秒表;
實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是摩擦阻力的影響.
(2)重力勢能減小量△Ep=mgh=mg(sE-sA
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得:
vA=$\frac{{s}_{B}}{2T}$
vE=$\frac{{s}_{F}-{s}_{D}}{2T}$
動(dòng)能的增加量為△Ek=$\frac{1}{2}$mvE2-$\frac{1}{2}$mvA2=$\frac{m}{8{T}^{2}}$[(sF-sD2-${s}_{B}^{2}$],
(3)重力勢能減小量△Ep=mgh=1×9.8×0.26m J=2.55J.
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得:
vB=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{30.66-21.72}{2×0.02}×1{0}^{-2}$m/s=2.235m/s
EkB=$\frac{1}{2}$mvB2=$\frac{1}{2}$×1×2.2352J=2.50J
(4)通過計(jì)算可知重力勢能的減小量大于動(dòng)能的增加量,其原因是物體在下落過程中克服摩擦阻力做功,導(dǎo)致重力勢能沒有完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.
故答案為:(1)秒表,摩擦;
(2)mg(sE-sA),$\frac{m}{8{T}^{2}}$[(sF-sD2-${s}_{B}^{2}$],
(3)2.55,2.50;
(4)大于,重物下落過程中受到摩擦阻力作用.

點(diǎn)評 考查了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理及所需的儀器,運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢能的定義式解決問題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問題,同時(shí)要熟練應(yīng)用基本物理規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題;
在分析實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意結(jié)合實(shí)驗(yàn)的規(guī)律找出相應(yīng)的物理規(guī)律進(jìn)行分析!在驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),故滿足勻加速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.如圖所示,理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1:n2=3:1,原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等,a、b端加一交流電壓U=311sin100πtV,則( 。
A.兩電阻兩端的電壓比UA:UB=3:1
B.兩電阻中電流之比IA:IB=1:1
C.兩電阻消耗的電功率之比PA:PB=1:1
D.電阻B兩端的電壓表的示數(shù)UB=66V

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

11.如圖所示,閉合電路由電阻R和阻值為r環(huán)形導(dǎo)體構(gòu)成,其余電阻不計(jì).環(huán)形導(dǎo)體所圍的面積為S.環(huán)形導(dǎo)體位于一垂紙面向外的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間均勻減小,變化率為$\frac{△B}{△t}$,在磁感應(yīng)強(qiáng)度減小至0之前,下列說法正確的是(  )
A.通過R的電流流向?yàn)锽→R→A
B.通過R的電流流向?yàn)锳→R→B
C.導(dǎo)體環(huán)兩端點(diǎn)CD間電壓為$\frac{△BS}{△t}$
D.導(dǎo)體環(huán)兩端點(diǎn)CD間電壓為$\frac{△BSR}{△t(R+r)}$

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

8.某研究小組設(shè)計(jì)了一種“用一把尺子測定動(dòng)摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)方案,如圖所示,A是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端與桌面相切),B是質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)).
第一次實(shí)驗(yàn),如圖(a)所示,將滑槽末端與桌面右端M對齊并固定,讓滑塊從滑槽最高點(diǎn)由靜止滑下,最終落在水平地面上的P點(diǎn),測出滑槽最高點(diǎn)距離桌面的高度h、M距離地面的高度H、M與P間的水平距離x1
第二次實(shí)驗(yàn),如圖(b)所示,將滑槽沿桌面向左移動(dòng)一段距離并固定,讓滑塊B再次從滑槽最高點(diǎn)由靜止滑下,最終落在水平地面上的P′點(diǎn),測出滑槽末端與桌面右端M的距離L、M與P′間的水平距離x2

(1)在第二次實(shí)驗(yàn)中,滑塊在滑槽末端時(shí)的速度大小為${x}_{2}\sqrt{\frac{g}{2H}}$.(用實(shí)驗(yàn)中所測物理量的符號表示,已知重力加速度為g).
(2)通過上述測量和進(jìn)一步的計(jì)算,可求出滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ,下列能引起實(shí)驗(yàn)誤差的是BCD
A.h的測量      B.H的測量      C.L的測量     D.x2的測量
(3)若實(shí)驗(yàn)中測得h=15cm、H=25cm、x1=30cm、L=10cm、x2=20cm,則滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

15.如圖甲所示,在平行邊界MN、PQ之間存在寬度為L的勻強(qiáng)電場,電場周期性變化的規(guī)律如圖乙所示,取豎直向下為電場正方向;在平行邊界MN、EF之間存在寬度為s、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅱ,在PQ右側(cè)有寬度足夠大、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ.在區(qū)域Ⅰ中距PQ距離為L的A點(diǎn),有一質(zhì)量為m、電荷量為q、重力不計(jì)的帶正電粒子以初速度v0沿豎直向上方向開始運(yùn)動(dòng),以此作為計(jì)時(shí)起點(diǎn),再經(jīng)過一段時(shí)間粒子又恰好回到A點(diǎn),如此循環(huán),粒子循環(huán)運(yùn)動(dòng)一周,電場恰好變化一個(gè)周期,已知粒子離開區(qū)域Ⅰ進(jìn)入電場時(shí),速度恰好與電場方向垂直,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6.

(1)求區(qū)域Ⅰ的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1
(2)若E0=$\frac{4m{{v}_{0}}^{2}}{3qL}$,要實(shí)現(xiàn)上述循環(huán),確定區(qū)域Ⅱ的磁場寬度s的最小值以及磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2
(3)若E0=$\frac{4m{{v}_{0}}^{2}}{3qL}$,要實(shí)現(xiàn)上述循環(huán),求電場的變化周期T.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

5.如圖所示電路中,理想變壓器初級加一個(gè)固定的交變電壓,那么下列情況正確的是(  )
A.當(dāng)R1的滑動(dòng)頭上移時(shí),燈泡L變亮
B.當(dāng)R1的滑動(dòng)頭上移時(shí),電流表A1讀數(shù)變大
C.當(dāng)R1的滑動(dòng)頭上移時(shí),電壓表V讀數(shù)變大
D.當(dāng)R1的滑動(dòng)頭上移時(shí),A2示數(shù)變大

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

12.圖1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.砂和砂桶的總質(zhì)量為m,小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮。?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic3/quiz/images/201609/91/cf806806.png" style="vertical-align:middle" />
(1)試驗(yàn)中,為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長木板一滑輪的高度,使細(xì)線與長木板平行.接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是B
A.將長木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,調(diào)節(jié)m的大小,使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng),從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng).
B.將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng).
C.將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨,撤去紙帶以及砂和砂桶,輕推小車,觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng).
(2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取,以下最合理的一組是C
A.M=20g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
(3)圖2 是試驗(yàn)中得到的一條紙帶,A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出.量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz,則小車的加速度a=0.42m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

9.如圖所示的電路中,R1=1Ω,R2=6Ω,電源內(nèi)阻r=1Ω,若開關(guān)閉合后,銘牌上標(biāo)有“6V  12W”的電動(dòng)機(jī)剛好正常工作.求:
(1)電源電動(dòng)勢E
(2)若電動(dòng)機(jī)線圈電阻為0.5Ω,則電動(dòng)機(jī)輸出功率.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.如圖所示,在均勻媒質(zhì)中有一振源S,它以50赫茲的頻率上下振動(dòng),振動(dòng)以40米/秒的速度同時(shí)向左、右傳播.介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)N的平衡位置離波源8.2米,質(zhì)點(diǎn)P的平衡位置離波源9.4米,當(dāng)波源質(zhì)點(diǎn)S正通過平衡位置向上振動(dòng)時(shí),N、P兩質(zhì)點(diǎn)的位置是(  )
A.N、P均在波峰B.N、P均在波谷C.N在波峰,P在波谷D.N在波谷,P在波峰

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