1、简答题 某同学利用右图所示装置测定当地重力加速度.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、带铁夹的重锤.回答下列问题:
(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有______.(填入正确选项前的字母)
A.米尺B.秒表?C.4~6V的直流电源D.220V的交流电源
(2)如图是实验时所打出的一条纸带.A、B、C、D、E为打点计时器打出的点.打点计时器打下C点时重锤的瞬时速度为______m/s,该同学测得的当地重力加速度大小为______?m/s2.(结果保留三位有效数字)
参考答案:(1)该实验中需要测量计数点之间的距离,因此需要米尺,打点计时器记录了物体运动的时间,因此不需要秒表,由于实验使用的是电火花打点计时器,因此需要220V的交流电源,故BC错误,AD正确.
故选AD.
(2)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,有:
vC=xBD2T=(84.00-24.00)mm2×0.02s=1.50m/s
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2将T=0.02s,△x=4mm带入解得a=10.0m/s2.
故答案为:1.50;10.0.
本题解析:
本题难度:一般
2、选择题 如图所示,小球以初速度为v0从光滑斜面底部向上滑,恰能到达最大高度为h的斜面顶部。右图中A是内轨半径大于h的光滑轨道、B是内轨半径小于h的光滑轨道、C是内轨直径等于h光滑轨道、D是斜抛无轨道的运动的小球。小球在底端时的初速度都为v0,则小球在以上四种情况中能到达高度h的是
参考答案:A
本题解析:在A选项的图中,小球达到最高点的速度可以是零,有机械能守恒定律知,可以达到h高度处,A正确;在B、C选项的图中,由圆周知识可知,若小球能沿轨道运动到h的高度点时,需要有一定的速度,但根据机械能守恒定律知到该点时速度为零,说明小球到不了h处小球就脱离轨道,BC错误;斜抛运动的小球,到达最高点时有水平速度,由动能定理知小球到不了h高度处,D错误。
本题难度:一般
3、计算题 如图所示,水平地面上竖直固定一个光滑的、半径R=0.45m的1/4圆弧轨道,A、B分别是圆弧的端点,圆弧B点右侧是光滑的水平地面,地面上放着一块足够长的木板,木板的上表面与圆弧轨道的最低点B等高,可视为质点的小滑块P1和P2的质量均为m=0.20kg,木板的质量M=4m,P1和P2与木板上表面的动摩擦因数分别为=0.20和=0.50,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力;开始时木板的左端紧靠着B,P2静止在木板的左端,P1以v0=4.0m/s的初速度从A点沿圆弧轨道自由滑下,与P2发生弹性碰撞后,P1处在木板的左端,取g=10m/s2。求:
(1)P1通过圆弧轨道的最低点B时对轨道的压力;
(2)P2在木板上滑动时,木板的加速度为多大?
(3)已知木板长L=2m,请通过计算说明P2会从木板上掉下吗?如能掉下,求时间?如不能,求共速?
参考答案:(1)压力大小为13.1N,方向竖直向下;(2)木板的加速度为1.0m/s2;(3)没有共速,P2已经从木板上掉下,时间是.
本题解析:
(1)设P1滑到圆弧最低点B时的速度为vB,根据机械能守恒定律得:,代入数据a解得vB=5m/s;设P1通过B时受到的支持力为N,根据牛顿第二定律得:
代入数据解得 N = 13.1N。根据牛顿第三定律可知,P1对轨道的压力为13.1N,方向竖直向下。
(2)P1与P2碰撞满足动量守恒和机械能守恒,用v1、v2分别表示碰后P1、P2的速度,则有
,,联立解得v1 =0,v2=5m/s,向右。假设碰撞后P2在木板上滑动时,P1与木板保持相对静止,它们共同的加速度为a共,根据牛顿第二定律,有,解得,P1受到木板的静摩擦力为,P1与木板间的最大静摩擦力为 ,因为f1<fm,说明以上假设成立。所以木板的加速度为1.0m/s2.
(3)碰撞后P2在木板上滑动时:,向左;P1与木板共同的加速度为:,向右。设它们有共速:,得:,它们的相对位移大小:,∴,故P2已经从木板上掉下,时间是t2。∵,
∴所求的时间:.(另:t2=1.0s>,舍去)
本题难度:困难
4、填空题 在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中:
(1)实验中动能的增加量应略______(选填“大于”、“小于”或“等于”)重力势能的减少量,其主要原因是______.
A.重物下落的实际距离大于测量值?B.重物下落的实际距离小于测量值
C.重物下落受到阻力?D.重物的实际末速度大于计算值
(2)甲、乙、丙三位同学分别得到A、B、C三条纸带,他们的前两个点间的距离分别是1.0mm、1.9mm、4.0mm.那么应该选用______同学的纸带最为理想,一定存在操作误差的同学是______,可能的错误原因是______.
(3)如图所示,有一条纸带,各点距A点的距离分别为d1,d2,d3,…,各相邻点间的时间间隔为T,当地重力加速度为g.要用它来验证物体从B到G处的机械能是否守恒,则B点的速度表达式为vB=______,G点的速度表达式为vG=______,若B点和G点的速度vB、vG及BG间的距离h均为已知量,则当满足______时,物体的机械能守恒.
参考答案:(1)验证机械能守恒定律的实验时,由于空气阻力以及纸带与限位孔之间的摩擦,物体动能的增加量要小于重力势能的减少量,故ABD错误,C正确.
故答案为:小于;C.
(2)当物体自由下落时,第一、二两点之间的距离为:h=12gT2≈2mm,由此可知乙同学的纸带最为理想,丙同学所得出的纸带,开始两点之间的距离明显大小2mm,着说明他在操作过程中开始打点时,纸带已经具有了速度,可能原因是先释放重物,后接通电源(或释放纸带初速度不为零等).
故答案为:乙,丙,先释放重物,后接通电源(或释放纸带初速度不为零等).
(3)根据匀变速直线运动中,时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度,得出B、G两点的瞬时速度大小分别为:
vB=d22T
vG=d7-d52T
根据功能关系有:mgh=12mv2G-12mv2B
即有:v2G-v2B=2gh.
故答案为:vB=d22T,vG=d7-d52T,v2G-v2B=2gh.
本题解析:
本题难度:一般
5、简答题 在“DIS研究机械能守恒定律”中,将实验装置中的______传感器接入数据采集器,测定摆锤在某一位置的瞬时速度,从而求得摆锤在该位置的动能,同时输入摆锤的高度,求得摆锤在该位置的重力势能,进而研究势能和动能转化时的规律.实验中A、B、C、D四点高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m,已由计算机默认,不必输入.现某位同学要测定摆锤在D点的瞬时速度.其实验装置如图所示,接着他点击“开始记录”,同时让摆锤从图1中所示位置释放,计算机将摆锤通过光电门传感器的速度自动记录在表格的对应处,如图2.
(1)请问该实验中所用传感器的名称是______传感器.
(2)请指出该同学实验中的错误之处:①______;②______.
(3)摆图中计算机记录的数据与真实值相比将______(填“偏大”、“偏小”或“仍准确”)
参考答案:(1)实验中用DIS测出的应为小球在各点时的动能,故传感器K的名称是光电门传感器.
(2)请指出该同学实验中的错误之处:①光电门传感器未放在标尺盘最低端的D点;②摆锤释放器未置于A点.
(3)由于摆锤释放器未置于A点,所以得到的动能与真实值相比将偏小.
故答案为:(1)光电门;
(2)①光电门传感器未放在标尺盘最低端的D点;
②摆锤释放器未置于A点.
(3)偏小
本题解析:
本题难度:一般