某同学设计出如图所示的实验装置来“验*机械能守恒定律”,让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门...
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某同学设计出如图所示的实验装置来“验*机械能守恒定律”,让小球从A点自由下落,下落过程中经过A点正下方的光电门B时,光电计时器记录下小球通过光电门时间t,当地的重力加速度为 g.
(1)为了验*机械能守恒定律,该实验还需要测量下列哪些物理量_________.
A.小球的质量m
B.AB之间的距离H
C.小球从A到B的下落时间tAB
D.小球的直径d
(2)小球通过光电门时的瞬时速度v =_________(用题中所给的物理量表示).
(3)调整AB之间距离H,多次重复上述过程,作出随H的变化图象如图所示,当小球下落过程中机械能守恒时,该直线斜率k0=__________.
(4)在实验中根据数据实际绘出—H图象的直线斜率为k(k<k0),则实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值= _______________(用k、k0表示).
【回答】
BD; ; ; ;
【分析】
该题利用自由落体运动来验*机械能守恒,因此需要测量物体自由下落的高度hAB,以及物体通过B点的速度大小,在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,因此明白了实验原理即可知道需要测量的数据;由题意可知,本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度;则根据机械能守恒定律可知,当减小的机械能应等于增大的动能;由原理即可明确注意事项及数据的处理等内容.
【详解】
(1)根据机械能守恒的表达式可知,方程两边可以约掉质量,因此不需要测量质量,故A错误;根据实验原理可知,需要测量的是A点到光电门B的距离H,故B正确;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,不需要测量下落时间,故C错误;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时,需要知道挡光物体的尺寸,因此需要测量小球的直径,故D正确.故选BD. (2)已知经过光电门时的时间小球的直径;则可以由平均速度表示经过光电门时的速度; 故; (3)若减小的重力势能等于增加的动能时,可以认为机械能守恒;则有:mgH=mv2; 即:2gH=()2 解得:,那么该直线斜率k0=. (4)乙图线=kH,因存在阻力,则有:mgH-fH=mv2; 所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为;
【点睛】
考查求瞬时速度的方法,理解机械能守恒的条件,掌握分析的思维,同时本题为创新型实验,要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解.
知识点:实验:验*机械能守恒定律
题型:实验,探究题
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