17.實(shí)驗(yàn)裝置(圖1)探究重錘下落過程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化問題.

①圖2為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶,O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn).分別測(cè)出若干連續(xù)打點(diǎn)A、B、C…與 O點(diǎn)之間的距離h1、h2、h3….
②已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T,重錘質(zhì)量為m,重力加速度為g,結(jié)合實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的h1、h2、h3,可得重錘下落到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$,紙帶從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中,重錘增加的動(dòng)能為$\frac{m{({h}_{3}-{h}_{1})}^{2}}{8{T}^{2}}$,減小的重力勢(shì)能為mgh2,在誤差允許范圍內(nèi)重錘動(dòng)能增加量等于重力勢(shì)能減少量(填寫“大于”、“等于”或“小于”).
③取打下O點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能為零,計(jì)算出該重錘下落不同高度h時(shí)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)能Ek 和重力勢(shì)能Ep,建立坐標(biāo)系,橫軸表示h,縱軸表示Ek和Ep,根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖3中繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ.已求得圖線Ⅰ斜率的絕對(duì)值k1=2.94J/m,請(qǐng)計(jì)算圖線Ⅱ的斜率k2=2.80J/m(保留3位有效數(shù)字).重錘和紙帶在下落過程中所受平均阻力與重錘所受重力的比值為$\frac{{k}_{1}-{k}_{2}}{{k}_{1}}$(用k1和k2字母表示).

分析 (2)根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的速度,從而得出動(dòng)能的增加量,根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量.
(3)若機(jī)械能守恒,因?yàn)槌跷恢玫臋C(jī)械能為零,則每個(gè)位置動(dòng)能和重力勢(shì)能的絕對(duì)值應(yīng)該相等,圖線不重合的原因是重物和紙帶下落過程中需克服阻力做功.根據(jù)動(dòng)能定理,結(jié)合圖線的斜率求出阻力與重物重力的比值.

解答 解:②B點(diǎn)的瞬時(shí)速度${v}_{B}=\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$,
則重物動(dòng)能的增加量為$△{E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{m({h}_{3}-{h}_{1})^{2}}{8{T}^{2}}$,重力勢(shì)能的減小量為△Ep=mgh2.在誤差范圍內(nèi)重錘動(dòng)能增加量等于重力勢(shì)能減少量.
③取打下O點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能為零,因?yàn)槌跷恢玫膭?dòng)能為零,則機(jī)械能為零,每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能和動(dòng)能互為相反數(shù),即重力勢(shì)能的絕對(duì)值與動(dòng)能相等,而圖線的斜率不同,原因是重物和紙帶下落過程中需要克服阻力做功.
根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算計(jì)算圖線Ⅱ的斜率k2=2.80 J/m.
根據(jù)動(dòng)能定理得,mgh-fh=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,則mg-f=$\frac{1}{2}•\frac{m{v}^{2}}{h}$,
圖線斜率${k}_{1}=\frac{mgh}{h}=mg$,圖線斜率${k}_{2}=\frac{\frac{1}{2}m{v}^{2}}{h}$,
知k1-f=k2,則阻力f=k1-k2
所以重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為$\frac{{k}_{1}-{k}_{2}}{{k}_{1}}$.
故答案為:②$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$;$\frac{m{({h}_{3}-{h}_{1})}^{2}}{8{T}^{2}}$;mgh2;等于;③2.80;$\frac{{k}_{1}-{k}_{2}}{{k}_{1}}$

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理,驗(yàn)證重力勢(shì)能的減小量與動(dòng)能的增加量是否相等.以及知道通過求某段時(shí)間內(nèi)的平均速度表示瞬時(shí)速度.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:2017屆廣西桂林市高三11月考物理試卷(解析版) 題型:實(shí)驗(yàn)題

某物理小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)粗制玩具小車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)的速度的實(shí)驗(yàn)。所用器材有:玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R=0.20m)。

完成下列填空:

(1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上,如圖(a)所示,托盤秤的示數(shù)為1.00kg;

(2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點(diǎn)時(shí),托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為 kg;

(3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放,小車經(jīng)過最低點(diǎn)后滑向另一側(cè),此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m;多次從同一位置釋放小車,記錄各次的m值如下表所示:

序號(hào)
 

1
 

2
 

3
 

4
 

5
 

m(kg)
 

1.80
 

1.75
 

1.85
 

1.75
 

1.90
 

(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù),可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為 N;小車通過最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為 m/s。(重力加速度大小取9.80m/s2,計(jì)算結(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:多選題

11.如圖所示,粗糙的水平面上放置一個(gè)斜面體,一個(gè)質(zhì)量為m的物體靜止在斜面上,以下說法正確的是(  )
A.物體受重力、對(duì)斜面的壓力、對(duì)斜面的摩擦力三個(gè)力平衡
B.斜面體與水平面間不存在摩擦力
C.物體受到的重力可分解為物體對(duì)斜面的壓力和物體對(duì)斜面的摩擦力
D.斜面體受4個(gè)力平衡

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

5.利用如圖所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn).框架上裝有可移動(dòng)的光電門;框架豎直部分緊貼一刻度尺,零刻度線在上端,可以測(cè)量出光電門到零刻度線的距離x;框架水平部分用電磁鐵吸住-個(gè)質(zhì)量為m的小鐵球,小鐵球的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對(duì)齊,切斷電磁鐵線圈中的電流時(shí),小鐵球由靜止釋放,當(dāng)小鐵球經(jīng)過光電門時(shí),與光電門連接的傳感器可以記錄小球經(jīng)過光電門的時(shí)間.
(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)得小球直徑D=6.200mm,從傳感器上讀出小球經(jīng)過光電門的時(shí)間t=2ms,則小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度v=3.1m/s,小球經(jīng)過光電門時(shí)的動(dòng)能μmg=ma=4.8mJJ.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)
(2)某同學(xué)多次改變光電門的位置,測(cè)量光電門到起始點(diǎn)O的距離x,并計(jì)算出小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度v,通過描繪v2-x圖象去驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,若實(shí)驗(yàn)中小球所受阻力不可忽略,且阻力大小保持不變,從理論上分析,合理的v2-x圖象是下圖中的哪一個(gè)A.

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

12.(1)在做“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列基本步驟中,正確的排列順序?yàn)镃BDEA.
A.松開紙帶讓物體帶著紙帶運(yùn)動(dòng)
B.安放紙帶
C.把電火花計(jì)時(shí)器固定在桌子上
D.接通220V交流電源
E.按下脈沖輸出開關(guān),進(jìn)行打點(diǎn)
(2)某同學(xué)在做“探究小車速度隨時(shí)間變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí),得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖1,在紙帶上依次選出7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別標(biāo)以O(shè)、A、B、C、D、E和F,每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率是50Hz.

①如果測(cè)得C、D兩點(diǎn)間距S4=2.70cm,D、E兩點(diǎn)間距S5=2.90cm,若DE之間的時(shí)間記為T則據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算在打D點(diǎn)時(shí)小車的速度公式為$\frac{{{s}_{4}+s}_{5}}{2T}$,小車的速度值vD=0.280m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
②該同學(xué)分別算出其它速度:vA=0.220m/s,vB=0.241m/s,vc=0.258m/s,vE=0.300m/s,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格填入框中,請(qǐng)?jiān)趫D2中坐標(biāo)系中作出小車運(yùn)動(dòng)的v-t圖象,設(shè)O點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn).
時(shí)間t(s)0.10.20.30.40.5
速度v(m/s)0.2200.2410.2580.2800.300

③本實(shí)驗(yàn)由上述圖象求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a=0.20 m/s2(結(jié)果保留兩位小數(shù))
(3)如圖3所示是另一同學(xué)做該實(shí)驗(yàn)時(shí)某一次打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶,取計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G.紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.10s,用刻度尺測(cè)量出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離分別為S1=1.50cm,S2=3.88cm,S3=6.26cm,S4=8.67cm,S5=11.08cm,S6=13.49cm,則本次實(shí)驗(yàn)中用逐差法求小車運(yùn)動(dòng)的加速度的表達(dá)式為a=$\frac{{S}_{4}+{{S}_{5}+S}_{6}{-S}_{3}{-S}_{2}{-S}_{1}}{{9T}^{2}}$(請(qǐng)用時(shí)間間隔T和六段位移S1、S2、S3、S4、S5、S6表示),代入數(shù)據(jù)可求出加速度大小a=2.43m/s2.(結(jié)果保留兩位小數(shù))

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2.某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示:一均勻長彈簧豎直懸掛,7個(gè)指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處;通過旁邊豎直放置的刻度尺,可以讀出指針的位置,P0指向0刻度.設(shè)彈簧下端未掛重物時(shí),各指針的位置記為x0;掛有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時(shí),各指針的位置記為x.測(cè)量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如表所示(n為彈簧的圈數(shù),取重力加速度為9.80m/s2).已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60,整個(gè)彈簧的自由長度為11.88cm.
P1P2P3P4P5P6
x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01
x (cm)2.645.267.8110.3012.9315.41
n102030405060
k(N/m)16356.043.633.828.8
1/k(m/N)0.00610.01790.02290.02960.0347
(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整:①81.7,②0.0122;
(2)以n為橫坐標(biāo),$\frac{1}{k}$為縱坐標(biāo),在圖(b)給出的坐標(biāo)紙上畫出$\frac{1}{k}$-n圖象.

(3)圖(b)中畫出的直線可以近似認(rèn)為通過原點(diǎn).若從實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧,該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k=$\frac{1.67×1{0}^{3}}{n}$N/m;該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的關(guān)系的表達(dá)式為k=$\frac{3.47}{{l}_{0}}$ N/m.

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9.如圖所示,S1、S2為兩平面波波源,振動(dòng)方向相同,它們的振動(dòng)方程分別為y1=0.2cos2πt(m),和y2=0.2cos(2πt+π)(m),它們發(fā)出的波在P點(diǎn)相遇而迭加,圖中r1=0.4m,r2=0.5m,兩波的波速都為u=0.2m/s.求:
(1)兩波在P處的相位差;
(2)P處的合振幅.

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6.一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做方向不變的直線運(yùn)動(dòng),加速度大小逐漸減小直至為零,在此過程中( 。
A.若加速度方向與速度方向相同,速度逐漸減小,當(dāng)加速度減小到零時(shí),速度達(dá)到最小值
B.若加速度方向與速度方向相同,速度逐漸增大,當(dāng)加速度減小到零時(shí),速度達(dá)到最大值
C.若加速度方向與速度方向相反,速度逐漸減小,當(dāng)加速度減小到零時(shí),速度達(dá)到最小值
D.若加速度方向與速度方向相反,位移逐漸減小,當(dāng)加速度減小到零時(shí),位移達(dá)到最小值

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7.下列與彈簧具有的彈性勢(shì)能無關(guān)的因素( 。
A.彈簧的質(zhì)量B.彈簧的長度C.彈簧的壓縮量D.彈簧的勁度系數(shù)

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