(2009?豐臺(tái)區(qū)一模)(1)在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中,已知重錘的質(zhì)量為m,使用的交流電的頻率為f.重錘從高處由靜止開始下落,重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并通過計(jì)算,就可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
①如圖1所示,選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s0,點(diǎn)A、C間的距離為s1,點(diǎn)C、E間的距離為s2,用以上給出的已知量寫出C點(diǎn)速度的表達(dá)式為υc=
(s1+s2)f
4
(s1+s2)f
4
,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)到C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi),重錘的重力勢(shì)能的減少量為
mg(s0+s1
mg(s0+s1
,動(dòng)能的增加量為
m(s1+s2)2f2
32
m(s1+s2)2f2
32

②某同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示,重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減小的重力勢(shì)能,則出現(xiàn)這一問題的原因可能是
BC
BC
.(填字母)
A.重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤
B.該同學(xué)自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
C.該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)先釋放紙帶,后接通電源
D.重錘下落時(shí)受到的阻力過大

(2)有一根很細(xì)的均勻空心金屬管,管長約50cm、電阻約為10Ω,現(xiàn)需測(cè)定它的內(nèi)徑d,但因其內(nèi)徑較小,無法用游標(biāo)卡尺直接測(cè)量.已知這種金屬的電阻率為ρ.實(shí)驗(yàn)室中可以提供下列器材:
A.厘米刻度尺;   B.毫米刻度尺;
C.螺旋測(cè)微器;   D.電流表(量程300mA,內(nèi)阻約lΩ);
E.電流表(量程3A,內(nèi)阻約0.lΩ)”;   F.電壓表(量程3V,內(nèi)阻約6kΩ);
G.滑動(dòng)變阻器(最大阻值1kΩ,額定電流0.5A);
H.滑動(dòng)變阻器(最大阻值5Ω,額定電流2A);
L.蓄電池(電動(dòng)勢(shì)6V,內(nèi)阻0.05Ω);J.開關(guān)一個(gè)及帶夾子的導(dǎo)線若干.
請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,要求實(shí)驗(yàn)誤差小,便于調(diào)節(jié).回答下列問題:
①實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)物理量的名稱及符號(hào)是
金屬管的長度L、外徑D、加在管兩端的電壓U、通過管的電流強(qiáng)度I.
金屬管的長度L、外徑D、加在管兩端的電壓U、通過管的電流強(qiáng)度I.
;
②應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有
B、C、D、F、H、I、J
B、C、D、F、H、I、J
;(填字母)
③在圖2所示的方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖;
④按照你設(shè)計(jì)的電路圖將圖2中所示儀器連成實(shí)驗(yàn)電路;
⑤用測(cè)得的物理量和已知量寫出計(jì)算金屬管內(nèi)徑d的表達(dá)式為d=
d=
D2-
4ρLI
πU
d=
D2-
4ρLI
πU
分析:(1)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C點(diǎn)的瞬時(shí)速度,從而求出動(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.
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理判斷誤差形成的原因.
(2)本實(shí)驗(yàn)通過歐姆定律結(jié)合電阻定律測(cè)量金屬桿的內(nèi)徑,根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理確定需要測(cè)量的物理量,通過測(cè)量的精確性角度選擇合適的器材,以及滑動(dòng)變阻器分壓、限流的接法、電流表內(nèi)外接的選擇.根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理求出內(nèi)徑的表達(dá)式.
解答:解:(1)①C點(diǎn)的速度等于AE段的平均速度,則vC=
s1+s2
4T
=
(s1+s2)f
4
.重力勢(shì)能的減小量為mg(s0+s1),動(dòng)能的增加量EK=
1
2
mvc2=
m(s1+s2)2f2
32

②A、重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤不影響驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.故A錯(cuò)誤.
B、該同學(xué)自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減小量.故B正確.
C、該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)先釋放紙帶,后接通電源,會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能的增加量偏大,使得動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減小量.故C正確.
D、下落過程中阻力較大,由于機(jī)械能損失,會(huì)導(dǎo)致重力勢(shì)能的減小量大于動(dòng)能的增加量.故D錯(cuò)誤.
故選BC.
(2)①②該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量空心金屬管的內(nèi)徑,通過歐姆定律測(cè)出電阻的大小,結(jié)合電阻定律測(cè)出橫截面積,從而根據(jù)外徑求出內(nèi)徑的大。仕铚y(cè)量的物理量為金屬管的長度L、外徑D、加在管兩端的電壓U、通過管的電流強(qiáng)度I.從測(cè)量的精確性角度考慮,應(yīng)選擇的器材為B、C、D、F、H、I、J.
③由于待測(cè)電阻較小,屬于小電阻,所以電流表采用外接法,若選擇滑動(dòng)變阻器限流式接法,電流表會(huì)超出量程,所以滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法.如圖所示.
④根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖.
⑤根據(jù)歐姆定律得,R=
U
I
,又R=ρ
L
S
,則S=
ρLI
U
,因?yàn)镾=π(
D
2
)2-π(
d
2
)2
,解得d=
D2-
4ρLI
πU

故答案為:(1)①
(s1+s2)f
4
,mg(s0+s1),
m(s1+s2)2f2
32

②BC
(2)①金屬管的長度L、外徑D、加在管兩端的電壓U、通過管的電流強(qiáng)度I.
②B、C、D、F、H、I、J   
③電路圖
④連線圖


d=
D2-
4ρLI
πU
點(diǎn)評(píng):解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理,操作步驟,以及知道實(shí)驗(yàn)誤差形成的原因.掌握滑動(dòng)變阻器分壓、限流式接法的區(qū)別,以及電流表內(nèi)外接的區(qū)別.
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(2)速度方向沿x軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸所需的時(shí)間;
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(1)A、B兩球在碰前勻強(qiáng)電場(chǎng)的大小和方向.
(2)碰撞后整體C的速度.
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