12.某實(shí)驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中,提出了如圖1所示的甲、乙兩種方案:甲方案為用自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),乙方案為用小車(chē)在斜面上下滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn).
(1)組內(nèi)同學(xué)對(duì)兩種方案進(jìn)行了深入的討論分析,最終確定了一個(gè)大家認(rèn)為誤差相對(duì)較小的方案,你認(rèn)為該小組選擇的方案是甲圖,理由是采用乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí),由于小車(chē)與斜面間存在摩擦力的作用.且不能忽略,所以小車(chē)在下滑的過(guò)程中機(jī)械能不守恒.
(2)若該小組采用圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖2所示,相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s,請(qǐng)根據(jù)紙帶計(jì)算出B點(diǎn)的速度大小1.37m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).
(3)該小組內(nèi)同學(xué)們根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度,作出v2-h圖線如圖3所示,請(qǐng)根據(jù)圖線計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.7m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

分析 (1)解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理,了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng),知道乙裝置中小車(chē)與斜面存在摩擦,實(shí)驗(yàn)效果不如甲好;
(2)紙帶實(shí)驗(yàn)中,若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng),測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距,利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論,勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度,可計(jì)算出打出某點(diǎn)的速度;
(3)由mgh=$\frac{1}{2}$mv2得v2=2gh,由此可知:圖象的斜率k=2g,由此可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?/p>

解答 解:(1)由甲、乙兩圖可知,乙圖存在的摩擦遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于甲圖中摩擦,由此可知甲圖驗(yàn)證機(jī)械能守恒更合適.
(2)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度,因此有:
vB=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{12.40-6.93}{2×0.02}×1{0}^{-2}$m/s=1.37m/s
(3)由機(jī)械能守恒mgh=$\frac{1}{2}$mv2得v2=2gh,
由此可知:圖象的斜率k=2g,由此可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?br />由圖可知,當(dāng)h=20cm=0.2m時(shí),v2=3.88,所以k=$\frac{{v}^{2}}{h}$=$\frac{3.88}{0.2}$=19.4,
所以g≈9.7m/s2,在范圍9.7~9.8內(nèi)皆可.
故答案為:(1)甲圖,采用乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí),由于小車(chē)與斜面間存在摩擦力的作用,且不能忽略,所以小車(chē)在下滑的過(guò)程中機(jī)械能不守恒;
(2)1.37;
(3)9.7.

點(diǎn)評(píng) 本上的實(shí)驗(yàn),我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚,正確利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、推論求解某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,根據(jù)圖象特點(diǎn)明確圖象斜率的含義.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

17.如圖所示,一滑塊以方向水平向右、大小為v0=4m/s的速度沿光滑的水平面做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,小滑塊與右側(cè)的豎直墻壁發(fā)生碰撞,并以v=2m/s的速率反向彈回,已知小滑塊與豎直墻壁的作用時(shí)間為0.5s,求小滑塊與豎直墻壁接觸過(guò)程中的平均加速度?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

3.如圖所示,豎直放置的半圓形光滑絕緣軌道圓心為O,半徑為r,下端與絕緣水平軌道在B點(diǎn)相切并平滑連接,半圓形軌道上的C點(diǎn)與圓心O高度相同,一帶電量為+q、質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))置于水平軌道上的A點(diǎn),物塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,整個(gè)裝置處于水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,現(xiàn)給物塊施加一水平向左的恒力F=kmg,使物塊由靜止向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng),到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去力F,之后物塊沿半圓形軌道通過(guò)D點(diǎn)后恰好落回到A點(diǎn),到達(dá)A點(diǎn)時(shí)速度方向豎直向下,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,求:
(1)A、B之間的距離L及電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E;
(2)物塊通過(guò)C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道壓力的大小FC′.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

20.物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù).實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端裝有定滑輪;木板上有一滑塊,其一端與穿過(guò)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連,另一端通過(guò)跨過(guò)定滑輪的細(xì)線與托盤(pán)連接.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50Hz.開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí),在托盤(pán)中放入適量砝碼,滑塊開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng),在紙帶上打出一系列點(diǎn).圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分,從比較清晰的點(diǎn)跡起,在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E,每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離如圖所示.請(qǐng)完成下列小題:

(1)根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算:(保留兩位有效數(shù)字)
①打C點(diǎn)時(shí)滑塊的速度的大小為0.54m/s;
②滑塊的加速度a=1.0 m/s2
?若在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中交流電的頻率超過(guò)50Hz,但計(jì)算時(shí)頻率還是用50Hz,由此計(jì)算出的加速度值將偏小 (填“偏大”、“偏小”或“不變”)
(2)為了測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù),下列物理量中還應(yīng)測(cè)量的是CD
A.木板的長(zhǎng)度L      B.木板的質(zhì)量m1
C.滑塊的質(zhì)量m2   D.托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m3     E.滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t
(3)不計(jì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶間及細(xì)繩與滑輪間的阻力,則滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ==$\frac{{m}_{3}g-({m}_{2}+{m}_{3})a}{{m}_{2}g}$(用被測(cè)物理量的字母表示,重力加速度為g).

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

7.利用圖(a)裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn).

(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的A.
A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量
B.速度變化量與勢(shì)能變化量
C.速度變化量與高度變化量
(2)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量,其原因是C.
A.利用公式v=gt計(jì)算重物速度
B.利用公式v=$\sqrt{2gh}$計(jì)算重物速度
C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響
D.沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法              
(3)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源,可以使用的頻率有20Hz、30Hz、40Hz和50Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示.
該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f,需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其它題給條件進(jìn)行推算.
①若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,設(shè)重物的質(zhì)量為m,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫(xiě)出:在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí),重物下落的速度大小為$\frac{1}{2}$(s1+s2)f,打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的動(dòng)能大小為$\frac{1}{8}m({s}_{2}+{s}_{3})^{2}{f}^{2}$,重物下落的加速度大小為$({s}_{2}-{s}_{1}){f}^{2}$.
②已測(cè)得s1=8.89cm,s2=9.95cm,s3=11.02cm;當(dāng)重力加速度g大小為9.80m/s2,實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的 k倍,設(shè)k=2%.由此,可推導(dǎo)出交流電的頻率f的表達(dá)式為$f=\sqrt{\frac{2(1-k)g}{{s}_{3}-{s}_{1}}}$(用給定的字母表示),代人數(shù)值推算出頻率為30 Hz.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

17.利用圖示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某小組同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案.
A.用刻度尺測(cè)出物體下落高度h,用打點(diǎn)間隔數(shù)測(cè)出下落時(shí)間t,通過(guò)v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v.
B.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并通過(guò)v=$\sqrt{2gh}$ 計(jì)算出瞬時(shí)速度v.
C.根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v,并通過(guò)h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計(jì)算得出高度
D.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v.
(1)以上方案中只有一種正確,正確的是D.(填入相應(yīng)的字母)
(2)在該實(shí)驗(yàn)中,有幾個(gè)注意點(diǎn),以下描述正確的是AC.
A.為減小摩擦阻力,需要調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,使它在同一豎直線上
B.可以選用質(zhì)量很大的重錘,先用手托住,等計(jì)時(shí)器通電后再釋放重錘
C.只有選第1、第2兩打點(diǎn)間隔約2mm的紙帶才代表打第1點(diǎn)時(shí)的速度為零
D.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如果正確合理,得到的動(dòng)能增加量應(yīng)略大于重力勢(shì)能的減少量.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

4.在“探究機(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒”實(shí)驗(yàn)中,已知物體質(zhì)量為1kg,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源頻率為50Hz,查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.80m/s2.某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶,用刻度尺測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)上的讀數(shù),如圖所示,圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn),A、B、C、D是連續(xù)打出的四個(gè)點(diǎn).則重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí):(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)
(1)重物到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度vC=2.11 m/s.
(2)重力勢(shì)能的減少量△Ep=2.28 J;動(dòng)能的增加量△Ek=2.23 J.
(3)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論?在誤差允許的范圍內(nèi),重力勢(shì)能的減小量與動(dòng)能的增加量相等,知物體在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

1.如圖甲所示,物塊在光滑水平面上在一水平力作用下,以初速度v0開(kāi)始做直線運(yùn)動(dòng),水平力開(kāi)始的方向與初速度方向相同,物塊運(yùn)動(dòng)的加速度隨時(shí)間變化的圖象為正弦函數(shù)(如圖乙所示),則(  )
A.t=0.5s 時(shí)F最大,t=1.5s 時(shí)F最小B.t=ls時(shí)物塊的速度最小
C.t=ls時(shí)力F變化最快D.t=2s時(shí)物塊的速度為零

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

2.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,某位同學(xué)由于認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤,操作過(guò)程中采用先釋放紙帶再開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的操作流程,而自身沒(méi)有認(rèn)識(shí)到問(wèn)題,仍把第一點(diǎn)當(dāng)成是速度為零,那么他通過(guò)紙帶計(jì)算得到的結(jié)果會(huì)是( 。
A.mgh>$\frac{1}{2}$mv2B.mgh<$\frac{1}{2}$mv2C.mgh=$\frac{1}{2}$mv2D.無(wú)法確定

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