题目列表(包括答案和解析)
5.光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器,它由光电门和计时器两部
分组成,光电门的一臂的内侧附有发光装置(发射激光的装置是激光二极管,发出的光束很细),如图实-2-12中的A和A′,另一臂的内侧附有接收激光的装置,如
图实-2-12中的B和B′,当物体在它们之间通过时,二极管发出的激光被物体挡
住,接收装置不能接收到激光信号,同时计时器就开始计时,直到挡光结束光电计
时器停止计时,故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间.现有一小球从
两光电门的正上方开始自由下落,如图实-2-12所示.
图实-2-12
(1)若要用这套装置来验证机械能守恒定律,则要测量的物理量有________________________(每个物理量均用文字和字母表示,如高度H).
(2)验证机械能守恒定律的关系式为________.
解析:本实验是围绕机械能守恒定律的验证设计的,关键是速度的测定,本题改打
点计时器测量速度为光电门测量.由于本装置可记录小球通过光电门的时间Δt,则将小球的直径D除以Δt,即可求出小球经过光电门的速度,若再测出两光电门间相距的高度H,即可验证机械能守恒定律.
(1)需要测量的物理量有:小球直径D,两光电门间的竖直高度H,小球通过上、下
两光电门的时间Δt1、Δt2.则小球通过上、下两光电门处的速度分别为、.
(2)验证守恒关系式为:
m()2-m()2=mgH
化简得:-=2gH.
答案:(1)小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上、下两光电门的时间
Δt1、Δt2
(2)-=2gH
0.02 s,则记录B点时,重物速度vB=________,重物动能Ek=________;从开始
下落起至B点,重物的重力势能减小量是__________,由此可得出的结论是
____________________________________.
图实-2-10
(3)根据纸带算出各点的速度v,量出下落距离h,则以为纵轴,以h为横轴画出的
图象应是图实-2-11中的 ( )
图实-2-11
解析:(1)自由下落的物体在第一个0.02 s内,下落距离
h=gt2=2 mm
(2)vB== m/s=0.59 m/s
Ek=mvB2=×1×0.592 J≈0.174 J
ΔEp=mgh=1×9.8×17.9×10-3 J≈0.175 J.
答案:(1)自由下落的物体 2 mm
(2)0.59 m/s 0.174 J 0.175 J 在实验误差允许的范围内,动能的增加量等于重力势
能的减少量 (3)C
4.用落体法“验证机械能守恒定律”的实验中:(g取9.8 m/s2)
(1)运用公式mv2=mgh时对实验条件的要求是________________.为此目的,所选
择的纸带第1、2两点间的距离应接近__________.
(2)若实验中所用重物质量m=1 kg,打点纸带如图实-2-10所示,打点时间间隔为
3.关于验证机械能守恒定律实验,下面列出一些实验步骤:
A.用天平称出重物和夹子质量
B.将重物系在夹子上
C.将纸带穿过打点计时器的限位孔,上端用手提着,下端夹上系住重物的夹子,再
把纸带向上拉,让夹子靠近打点计时器,处于静止状态
D.把打点计时器接在学生电源的交流输出端,把输出电压调到6 V(电源不接通)
E.把打点计时器用铁夹固定放到桌边的铁架台上,使两个限位孔在同一竖直面内
F.在纸带上选取两个点,进行测量并记录数据
G.用秒表测出重物下落的时间
H.接通电源,待计时器打点稳定后释放纸带
I.切断电源
J.更换纸带,重新进行两次实验
K.在三条纸带中选出较好的一条
L.进行计算,得出结论,完成实验报告
M.拆下导线,整理器材
对于本实验以上步骤中,不必要的有______________;正确步骤的合理顺序是
__________________(填写代表字母).
解析:根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G;正确步骤的合理顺序是E、
D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.
答案:A、G EDBCHIJKFLM
2.在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,
查得当地重力加速度g=9.80 m/s2,测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一
条点迹清晰的纸带(如图实-2-9所示),把第一个点记作O,另选连续的四个点A、
B、C、D作为测量的点.经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99
cm,70.18 cm,77.76 cm,85.73 cm.根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力
势能的减少量等于________ J,动能的增加量等于________J(取三位有效数字).
图实-2-9
解析:根据测量数据,重物从O点运动到C点下落的高度h=0.7776 m,故重力势
能减少量
ΔEp=mgh=1.00×9.80×0.7776 J=7.62 J
重物动能的增加量ΔEk=mvC2-mv02
根据实验情况,重物在O点的速度v0=0,C点的速度vC等于重物从B点到D点这
一段时间Δt=2× s内的平均速度.由实验数据可得
vC== m/s=3.8875 m/s
重物的动能增加量
ΔEk=mvC2=×1.00×3.88752 J=7.56 J.
答案:7.62 7.56
1.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中,正确的是 ( )
A.重物质量的称量不准会造成较大误差
B.重物质量选用得大些,有利于减小误差
C.重物质量选用得较小些,有利于减小误差
D.纸带下落和打点不同步会造成较大误差
解析:从需要验证的关系式ghn=看,与质量无关,A错误.当重物质量大一些时,
空气阻力可以忽略,B正确,C错误.纸带先下落而后打点.此时,纸带上最初两点
的点迹间隔较正常时略大,用此纸带进行数据处理,其结果是重物在打第一个点时
就有了初动能,因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大,D正确.
答案:BD
16.(12分)如图16甲所示,水平传送带的长度L=6 m,皮带轮以速度v顺时针匀速转
动,现在一质量为1 kg的小物块(可视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带,越
过B点后做平抛运动,其水平位移为x,保持物块的初速度v0不变,多次改变皮带轮
的速度v依次测量水平位移x,得到如图16乙所示的x-v图象.
图16
(1)当0<v≤1 m/s时,物块在A、B之间做什么运动?当v≥7 m/s时,物块在A、B之间做什么运动?
(2)物块的初速度v0多大?
解析:(1)由于0<v≤1 m/s时传送带速度增加而物体的平抛初速度不变,所以物体在
A、B之间做匀减速直线运动.
由于v≥7 m/s时传送带速度增加而物体的平抛初速度不变,所以物体在A、B之间做
匀加速直线运动.
(2)由图象可知在传送带速度v带=1 m/s时,物体做匀减速运动.
则平抛初速度为v1=1 m/s,由动能定理得:
-μmgL=mv12-mv02
在v带=7 m/s时,物体做匀加速运动,
则平抛初速度为v2=7 m/s,由动能定理得:
μmgL=mv22-mv02
解得v0= =5 m/s.
答案:(1)匀减速直线运动 匀加速直线运动 (2)5 m/s
1.25 m,x=1.50 m.问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g=10 m/s2)
图15
解析:设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律x=v1t
h=gt2
解得v1=x=3 m/s
设赛车恰好通过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v2,最低点的速度为v3,由牛顿第二定律及机械能守恒定律
mg=m
mv32=mv22+mg(2R)
解得v3==4 m/s
通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是vmin=4 m/s
设电动机工作时间至少为t,根据功能关系
Pt-FfL=mvmin2
由此可得t=2.53 s.
答案:2.53 s
15.(10分)(2009·浙江高考)某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛.比赛路径如图15
所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑
竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟.已
知赛车质量m=0.1 kg,通电后以额定功率P=1.5 W工作,进入竖直轨道前受到阻力
恒为0.3 N,随后在运动中受到的阻力均可不计.图中L=10.00 m,R=0.32 m,h=
对全过程由动能定理得:
mgsinθ·xAB-μmgcosθ·(2x+xAB)=0 ②
由①②得:xAB=.
答案:
14.(10分) (2010·连云港模拟)一劲度系数k=800 N/m的轻质弹簧
两端分别连接着质量均为12 kg的物体A、B,将它们竖直静止
放在水平面上,如图14所示.现将一竖直向上的变力F作用在
A上,使A开始向上做匀加速运动,经0.40 s物体B刚要离开地
面.g=10.0 m/s2,试求:
(1)物体B刚要离开地面时,A物体的速度vA;
(2)物体A重力势能的改变量;
(3)弹簧的弹性势能公式:Ep=kx2,x为弹簧的形变量,则此过程中拉力F做的功为
多少?
解析:(1)开始时mAg=kx1
当物体B刚要离地面时kx2=mBg
可得:x1=x2=0.15 m
由x1+x2=at2
vA=at
得:vA=1.5 m/s.
(2)物体A重力势能增大,
ΔEpA=mAg(x1+x2)=36 J.
(3)因开始时弹簧的压缩量与末时刻弹簧的伸长量相等,对应弹性势能相等,由功能关
系可得:
WF=ΔEpA+mAvA2=49.5 J.
答案:(1)1.5 m/s (2)36 J (3)49.5 J
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