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如图1所示,用细线悬挂着包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒;蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动.烧断悬挂圆柱棒的线后,圆柱棒竖直自由下落,毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号.如图2所示,设毛笔接触棒时不影响棒的运动,测得记号之间的距离依次为d1=26.0mm、d2=50.0mm、d3=74.0mm、d4=98.0mm、d5=122.0mm、d6=146.0mm,由此来验证机械能守恒定律.已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样.根据以上内容回答下列问题:

(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T=
0.05
0.05
s
(2)根据图2所给的数据可知:毛笔画下记号“3”时,圆柱棒下落的速度v3的计算公式为
v3=
d2+d3
2T
v3=
d2+d3
2T
(用字母表示),其大小v3=
1.24
1.24
m/s;在毛笔画下记号“3”到“6”的这段时间内,棒的动能增加量为
2.82
2.82
J,重力势能减小量为
2.94
2.94
J,由此可得出的结论是
圆柱棒下落过程中机械能守恒
圆柱棒下落过程中机械能守恒
(当地重力加速度g为9.8m/s2,结果保留三位有效数字)
分析:(1)无论实验的形式如何变化,掌握实验装置的原理是解答实验问题的关键,如在本题中,蘸有颜料的毛笔随电动机转一圈就在圆柱棒面上的纸上画出记号,这就像打点计时器每隔一定时间就打一个点.数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样;
(2)利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度,从而求出动能,根据重力做功和重力势能之间的关系,求出重力势能的减小量,比较动能增量和重力势能的减小量,从而得出正确的结论.
解答:解:(1)根据题意可知:毛笔画相邻两条线的时间间隔为电动机的转动周期,已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样,即每秒转20周,所以T=0.05s.
故答案为:0.05.
(2)根据在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,有:
v3=
d2+d3
2T
=1.24m/s

v6=
d5+d6
2T
=2.68m/s

动能的增量为:Ek=
1
2
m
v
2
6
-
1
2
m
v
2
3
=2.82J

重力做功等于重力势能的减小量,所以有:△Ep=mgh=mg(d3+d4+d5)=2.94J
根据计算可知,动能的增加量和势能的减小量基本相等,故可得出物体下落机械能守恒的结论.
故答案为:v3=
d2+d3
2T
,1.24,2.82,2.94,圆柱棒下落过程中机械能守恒.
点评:实验装置是根据打点计时器的特点和实验原理进行设计新的实验,设计新颖,考查学生的创新思维,只要必须好课本上该实验的实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项,就可以顺利解答该题.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

根据单摆周期公式T=2π
1
g
,可以通过实验测量当地的重力加速度.如图1所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆.精英家教网
(1)用游标卡尺测量小钢球直径,求数如图2所示,读数为
 
mm.
(2)以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有
 

a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些
b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的
c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度
d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置大于5°,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔△t即为单摆周期T
e.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于5°,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间△t,则单摆周期T=△t/50
(3)若该实验单摆静止时摆球重心在球心的正下方,仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标如图3所示.采用恰当的数据处理方法也能正确的求出当地的重力加速度,则计算重力加速度的表达式应为g=
 

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科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解

(2009?海淀区二模)(1)几名学生进行野外考察,登上一山峰后,他们想测出所处位置的重力加速度和高度,于是他们做了如下实验.
①用细线拴好石块P系在树枝上做成一个简易单摆,如图1所示.用随身携带的钢卷尺测出悬点到石块中心的长度L,然后将石块拉开一个小角度,由静止释放石块,使石块开始在竖直平面内摆动,用电子手表测出单摆完成n次全振动所用的时间t.由此可计算出所处位置的重力加速度g=
4π2n2L
t2
4π2n2L
t2

②若已知地球半径为R,海平面的重力加速度为g0,由此计算出他们在山峰上所处位置的高度h=
Rt
2πn
g0
L
-R
Rt
2πn
g0
L
-R
.(用测量出的物理量和已知量表示)

(2)实验室有一个螺线管电阻值约为60Ω,其绕制螺线管的金属丝的电阻率为ρ.某同学采用如下方法测量螺线管两接线柱之间金属丝的长度,请按要求完成下列问题.
①使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图2所示,金属丝的直径d=
0.260×10-3
0.260×10-3
m.
②用电流表和电压表测量螺线管的电阻,提供的实验器材实物如图3所示:
A.直流电流表(量程0~50mA,内阻约10Ω);
B.直流电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ);
C.直流电源(电动势4V,内阻可不计);
D.滑动变阻器(总阻值10Ω,最大电流1A);
E.开关一个,导线若干条.
为了比较准确地测量金属丝的电阻,要求测量多组数据,在所给的实物图中画出连接导线.
③若电压表的读数为U,电流表的读数为I,金属丝直径为d,金属丝的电阻率为ρ,则由已知量和测得量的符号表示金属丝的长度的计算式为l=
πd2U
4ρI
πd2U
4ρI

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科目:高中物理 来源:2012-2013学年安徽省涡阳四中高二下学期期末质检物理试卷(带解析) 题型:实验题

根据单摆周期公式,可以通过实验测量当地的重力加速度。如图1所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆。
(1).用游标卡尺测量小钢球直径,求数如图2所示,读数为_______mm。

(2).以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有______。
a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些
b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的
c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度
d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置大于50,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔△t即为单摆周期T
e.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于50,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间△t,则单摆周期T=△t /50
(3).若该实验单摆静止时摆球重心在球心的正下方,仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标如图所示.采用恰当的数据处理方法也能正确的求出当地的重力加速度,则计算重力加速度的表达式应为g=________.

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科目:高中物理 来源:2014届安徽省高二下学期期末质检物理试卷(解析版) 题型:实验题

根据单摆周期公式,可以通过实验测量当地的重力加速度。如图1所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆。

(1).用游标卡尺测量小钢球直径,求数如图2所示,读数为_______mm。

(2).以下是实验过程中的一些做法,其中正确的有______。

a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些

b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的

c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球,使摆线相距平衡位置有较大的角度

d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置大于50,在释放摆球的同时开始计时,当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔△t即为单摆周期T

e.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于50,释放摆球,当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全振动所用的时间△t,则单摆周期T=△t /50

(3).若该实验单摆静止时摆球重心在球心的正下方,仍将从悬点到球心的距离当作摆长L,通过改变摆线的长度,测得6组L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取A、B两个点,坐标如图所示.采用恰当的数据处理方法也能正确的求出当地的重力加速度,则计算重力加速度的表达式应为g=________.

 

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科目:高中物理 来源:2009年北京市海淀区高考物理二模反馈试卷(解析版) 题型:解答题

(1)几名学生进行野外考察,登上一山峰后,他们想测出所处位置的重力加速度和高度,于是他们做了如下实验.
①用细线拴好石块P系在树枝上做成一个简易单摆,如图1所示.用随身携带的钢卷尺测出悬点到石块中心的长度L,然后将石块拉开一个小角度,由静止释放石块,使石块开始在竖直平面内摆动,用电子手表测出单摆完成n次全振动所用的时间t.由此可计算出所处位置的重力加速度g=______;
②若已知地球半径为R,海平面的重力加速度为g,由此计算出他们在山峰上所处位置的高度h=______

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