2.利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖甲所示.將氣墊導(dǎo)軌水平放置,在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離安裝兩個光電門A和B,滑塊上固定有遮光條,通過數(shù)字計時器(圖中未畫出)可以分別讀出遮光條通過光電門A和光電門B所用的時間△t1和△t2;

①開始實驗前,將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上,輕推滑塊,若測得△t1和△t2滿足△t1=△t2關(guān)系,則說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平
②用游標卡尺測量遮光條的寬度d,結(jié)果如圖乙所示,由此讀出d=2.55mm;
③用細線通過氣墊導(dǎo)軌右端的定滑輪將滑塊與質(zhì)量為m的鉤碼相連,將滑塊由圖中位置釋放,若△t1、△t2、遮光片寬度d已測出,鉤碼質(zhì)量m已知,要驗證機械能守恒,還需測出的物理量是滑塊的質(zhì)量M,兩光電門間的距離L(寫出物理量的名稱及符號),若上述物理量間滿足關(guān)系式$mgL=\frac{1}{2}(M+m){(\fracqiuir3g{{△{t_2}}})^2}-\frac{1}{2}(M+m){(\fractwt0mqp{{△{t_1}}})^2}$,則表明在滑塊和鉤碼的運動中,系統(tǒng)的機械能守恒.

分析 (1)如果遮光條通過光電門的時間相等,說明遮光條做勻速運動,即說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平.
(2)掌握游標卡尺讀數(shù)的方法,主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù),不需估讀.
(3)要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒,就應(yīng)該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量,根據(jù)這兩個量求解.
(4)滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒列出關(guān)系式.

解答 解:(1)如果遮光條通過光電門的時間相等,說明遮光條做勻速運動,即說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平.
(2)游標卡尺的主尺讀數(shù)為:0.2cm=2mm,游標尺上第11個刻度和主尺上某一刻度對齊,
所以游標讀數(shù)為11×0.05mm=0.55mm,所以最終讀數(shù)為:2mm+0.55mm=2.55mm.
(3)要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒,就應(yīng)該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量,
光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法.由于光電門的寬度很小,所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度.
vB=$\fracus8n0hb{△{t}_{2}}$,vA=$\fractlunwfn{△{t}_{1}}$
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$(m+M)($\fracsptngfo{△{t}_{2}}$)2-$\frac{1}{2}$(m+M)($\frackej0b4z{△{t}_{1}}$)2
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動能的重力勢能的減小量△Ep=mgL
所以還應(yīng)測出滑塊質(zhì)量M,兩光電門間距離L.
(4)如果系統(tǒng)動能的增加量等于系統(tǒng)重力勢能的減小量,那么滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒.
即:$mgL=\frac{1}{2}(M+m){(\fracs2g8m9b{{△{t_2}}})^2}-\frac{1}{2}(M+m){(\fracu4eb8em{{△{t_1}}})^2}$;
故答案為:①△t1=△t2;②2.55; ③滑塊的質(zhì)量M,兩光電門間的距離L;$mgL=\frac{1}{2}(M+m){(\fraciz05gr0{{△{t_2}}})^2}-\frac{1}{2}(M+m){(\fracspjbojr{{△{t_1}}})^2}$.

點評 掌握游標卡尺的工作原理,及讀數(shù)方法.
了解光電門測量瞬時速度的原理.
實驗中我們要清楚研究對象和研究過程,對于系統(tǒng)我們要考慮全面.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

12.鐵路拐彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的,彎道處要求外軌道比內(nèi)軌道高,其內(nèi)外軌道高度差h的設(shè)計不僅與r有關(guān),還取決于火車在彎道上的行駛速率.鐵路設(shè)計人員技術(shù)手冊中,彎道半徑r及與之相對應(yīng)的軌道高度差h的數(shù)據(jù),如表所示:
彎道半徑r(m)660330220165132110
內(nèi)外軌高度差h(mm)50100150200250300
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),試導(dǎo)出h與r關(guān)系的表達式,并求出當r=440m時,h的設(shè)計值.
(2)已知我國鐵路內(nèi)外軌的間距設(shè)計值為L=1435mm,算出我國火車的轉(zhuǎn)彎速度大;
(3)當一節(jié)質(zhì)量M=100t的車廂以v=72km/h,在r=440m彎道處拐彎時,求出火車車輪之間側(cè)向擠壓力FN的大。

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13.如圖1,一端封閉一端開口,內(nèi)徑均勻的直玻璃管注入一段60mm的水銀柱,管水平放置.達到平衡時,閉端空氣柱長140mm,開口端空氣柱長140mm.若將管輕輕倒轉(zhuǎn)后再豎直插入水銀槽內(nèi)(如圖2),達到平衡時,管中封閉端空氣柱A長133mm.設(shè)大氣壓強為760mmHg,整個過程溫度保持不變.
(1)求槽中水銀進入管中的長度H;
某同學(xué)的解法如下:以水平放置作為初態(tài),以豎直插入水銀槽后作為末態(tài),分別對A,B兩部分氣體應(yīng)用玻意耳定律進行解析.
解:對A氣體:pA=760mmHg,VA=140S,VA1=133S
pAVA=pA1VA1,代入數(shù)據(jù)得pA1=800mmHg
對B氣體:
pB=760mmHg,VB=140S,pB1=860mmHg
pBVB=pB1VB1,代入數(shù)據(jù)得LB1=123.72mm
你若認為該同學(xué)的結(jié)論正確,接著計算出水銀進入管中的長度H;你若認為該同學(xué)的結(jié)論錯誤,請分析錯誤的原因,并計算出水銀進入管中的長度H.
(2)求玻璃管露出槽中水銀面的高度h.

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10.下列有關(guān)光的描述,正確的是( 。
A.空氣中的肥皂泡呈現(xiàn)五顏六色是光的色散現(xiàn)象
B.一束單色光由空氣斜射入水中時,頻率不變,波長變小,傳播速度變小
C.一束復(fù)合光由水中斜射入空氣時,在水中傳播速度越大的單色光越容易發(fā)生全反射
D.讓紅光和紫光分別通過同一單縫衍射裝置時,均能產(chǎn)生等間距的明暗相間條紋,且紅光的條紋間距較大

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17.矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,下列說法中正確的是( 。
A.在中性面時,通過線圈的磁通量最大
B.在中性面時,感應(yīng)電動勢最大
C.在一個周期內(nèi)電流的方向改變兩次
D.穿過線圈的磁通量為零時,磁通量的變化率也為零

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7.如圖所示,L1和L2是輸電線,甲、乙是兩個互感器,通過觀測接在甲、乙中的電表讀數(shù),可以間接得到輸電線兩端電壓和通過輸電線的電流.若已知圖中n1:n2=1000:1,n3:n4=1:100,電壓表示數(shù)為220V,電流表示數(shù)為lA,則下列判斷正確的是( 。
A.甲是電壓互感器,輸電線兩端電壓是2.2×105V
B.乙是電壓互感器,輸電線兩端電壓是2.2×103 V
C.甲是電流互感器,通過輸電線的電流是100A
D.乙是電流互感器,通過輸電線的電流是0.01A

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14.有一個小燈泡上標有“4V,2W”的字樣,現(xiàn)要描繪這個燈泡的伏安特性圖線.有下列器材供選用:
A.電壓表(0~5V,內(nèi)阻約為10kΩ)    B.電壓表(0~10V,內(nèi)阻約為20kΩ)
C.電流表(0~0.3A,內(nèi)阻約為1Ω)     D.電流表(0~0.6A,內(nèi)阻約為0.4Ω)
E.滑動變阻器(10Ω,2A)             F.學(xué)生電源,電鍵,導(dǎo)線若干

①實驗中所用電壓表應(yīng)選用A,電流表應(yīng)選用D (填“A”或“B”或“C”或“D”).
②實驗時要求盡量減小實驗誤差,測量電壓從零開始多取幾組數(shù)據(jù),請用筆劃線代替導(dǎo)線,將圖1中實物連接成滿足實驗要求的測量電路.
③同學(xué)根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)畫出了該小燈泡的U-I圖線如圖2所示,若用電動勢為2V,內(nèi)阻不計的電源給該小燈泡供電,該小燈泡的實際功率是0.80 w.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

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11.如圖所示為某電場中一條豎直方向的電場線,將一帶電小球在a點由靜止釋放,到達b點時速度恰好為零,不計空氣阻力,則下列說法正確的是( 。
A.小球在a、b位置的加速度可能相同B.小球由a運動到b過程機械能守恒
C.場強大小關(guān)系一定是Ea<EbD.電勢關(guān)系一定是φa>φb

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12.如圖所示,直線A為某電源的U-I圖線,曲線B為標識不清的小燈泡L1的U-I圖線,將L1與該電源組成閉合電路時,L1恰好能正常發(fā)光.若將相同材料制成的標有“3V,20W”的燈泡L2與該電源組成閉合電路,下列說法中正確的是(  )
A.電源的內(nèi)阻為$\frac{2}{3}$Ω
B.把燈泡L1換成L2,L2可能正常發(fā)光
C.把燈泡L1換成L2,電源的輸出功率可能相等
D.把燈泡L1換成L2,電源的輸出功率一定變小

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