某同學設計出如圖所示的實驗裝置來“驗*機械能守恆定律”,讓小球從A點自由下落,下落過程中經過A點正下方的光電門...
問題詳情:
某同學設計出如圖所示的實驗裝置來“驗*機械能守恆定律”,讓小球從A點自由下落,下落過程中經過A點正下方的光電門B時,光電計時器記錄下小球通過光電門時間t,當地的重力加速度為 g.
(1)為了驗*機械能守恆定律,該實驗還需要測量下列哪些物理量_________.
A.小球的質量m
B.AB之間的距離H
C.小球從A到B的下落時間tAB
D.小球的直徑d
(2)小球通過光電門時的瞬時速度v =_________(用題中所給的物理量表示).
(3)調整AB之間距離H,多次重複上述過程,作出隨H的變化圖象如圖所示,當小球下落過程中機械能守恆時,該直線斜率k0=__________.
(4)在實驗中根據資料實際繪出—H圖象的直線斜率為k(k<k0),則實驗過程中所受的平均阻力f與小球重力mg的比值= _______________(用k、k0表示).
【回答】
BD; ; ; ;
【分析】
該題利用自由落體運動來驗*機械能守恆,因此需要測量物體自由下落的高度hAB,以及物體通過B點的速度大小,在測量速度時我們利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度,因此明白了實驗原理即可知道需要測量的資料;由題意可知,本實驗採用光電門利用平均速度法求解落地時的速度;則根據機械能守恆定律可知,當減小的機械能應等於增大的動能;由原理即可明確注意事項及資料的處理等內容.
【詳解】
(1)根據機械能守恆的表示式可知,方程兩邊可以約掉質量,因此不需要測量質量,故A錯誤;根據實驗原理可知,需要測量的是A點到光電門B的距離H,故B正確;利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度,不需要測量下落時間,故C錯誤;利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時,需要知道擋光物體的尺寸,因此需要測量小球的直徑,故D正確.故選BD. (2)已知經過光電門時的時間小球的直徑;則可以由平均速度表示經過光電門時的速度; 故; (3)若減小的重力勢能等於增加的動能時,可以認為機械能守恆;則有:mgH=mv2; 即:2gH=()2 解得:,那麼該直線斜率k0=. (4)乙圖線=kH,因存在阻力,則有:mgH-fH=mv2; 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;
【點睛】
考查求瞬時速度的方法,理解機械能守恆的條件,掌握分析的思維,同時本題為創新型實驗,要注意通過分析題意明確實驗的基本原理才能正確求解.
知識點:實驗:驗*機械能守恆定律
題型:實驗,探究題
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