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5.利用氣墊導(dǎo)軌驗證機(jī)械能守恒定律,實驗裝置如圖1所示,水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌;導(dǎo)軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊,其總質(zhì)量為M,左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的小球相連;遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直;導(dǎo)軌上B點有一光電門,可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t,用d表示A點到光電門B處的距離,b表示遮光片的寬度,將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度,實驗時滑塊在A處由靜止開始運動. 

(1)滑塊通過B點的瞬時速度可表示為vB=t(用題中字母表示);
(2)某次實驗測得傾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑塊從A處到達(dá)B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為△Ek=M+mb22t2,系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為△Ep=(m-M2)gd,在誤差允許的范圍內(nèi),若△Ek=△Ep則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.(用題中字母表示)
(3)在上次實驗中,某同學(xué)改變A、B間的距離,作出的v2-d圖象如圖2所示,并測得M=m,則重力加速度g=9.6m/s2

分析 (1)由于光電門的寬度d很小,所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度.
(2)根據(jù)重力做功和重力勢能之間的關(guān)系可以求出重力勢能的減小量,根據(jù)起末點的速度可以求出動能的增加量;根據(jù)功能關(guān)系得重力做功的數(shù)值等于重力勢能減小量.
(3)根據(jù)圖象的物理意義可知,圖象的斜率大小等于物體的重力加速度大�。�

解答 解:(1)由于光電門的寬度b很小,所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度.
滑塊通過光電門B速度為:vB=t;
(2)滑塊從A處到達(dá)B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量為:△E=12(M+m)(t2=M+mb22t2;
系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為:△Ep=mgd-Mgdsin30°=(m-M2)gd;
比較△Ep和△Ek,若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等,即可認(rèn)為機(jī)械能是守恒的.
(3)根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒有:12(M+m)v2=(m-M2)gd; 
則v2=2×mM2M+mgd
若v2-d圖象,則圖線的斜率:k=2×mM2M+mg;
由圖象可知,k=2.40.5
則有:g=M+mmM2×k2
代入數(shù)據(jù)得:g=9.6m/s2
故答案為:(1)t;  
(2)M+mb22t2,(m-M2)gd;
(3)9.6

點評 了解光電門測量瞬時速度的原理.
實驗中我們要清楚研究對象和研究過程,對于系統(tǒng)我們要考慮全面,掌握系統(tǒng)機(jī)械能守恒處理方法,注意圖象的斜率的含義.

練習(xí)冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

15.有一電子經(jīng)過電壓U0加速后,射入兩塊間距為d、電壓為U的平行金屬板間,若電子從兩極板正中央射入,且正好能緊靠下極板的邊緣穿出電場.電子的質(zhì)量為m,電量為e,求:
(1)電子進(jìn)入平行金屬板間初速度v0的大小
(2)金屬板的長度L.

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16.某種類型的飛機(jī)起飛滑行時,從靜止開始做勻加速運動,加速度大小為40m/s2,飛機(jī)達(dá)到起飛速度80m/s時,突然接到命令停止起飛,飛行員立即使飛機(jī)緊急制動,飛機(jī)做勻減速運動,加速度的大小為5m/s2,請你為該類型的飛機(jī)設(shè)計一條跑道,使在這種特殊的情況下飛機(jī)停止起飛而不滑出跑道,你設(shè)計的跑道長度至少要多長?飛機(jī)在這種特殊的情況下運動的時間是多少?

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13.許多科學(xué)家對物理學(xué)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn),下列表述正確的是( �。�
A.法拉第首先提出了電場的概念且采用了電場線描述電場
B.開普勒、胡克、哈雷等科學(xué)家為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)做出了貢獻(xiàn)
C.電荷量e的數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根測得的
D.安培總結(jié)出了真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用規(guī)律

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20.如圖所示,光滑半球的半徑為R,球心為O,固定在水平面上,其上方有一個光滑曲面軌道AB,高度為R2.軌道底端水平并與半球頂端相切.質(zhì)量為m的小球由A點靜止滑下.小球在水平面上的落點為C,則( �。�
A.小球?qū)⒀匕肭虮砻孀鲆欢螆A周運動后拋至C點
B.小球?qū)腂點開始做平拋運動到達(dá)C點
C.OC之間的距離為2R
D.OC之間的距離為62R

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10.下列說法正確的是( �。�
A.湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子,并提出了原子結(jié)構(gòu)為“棗糕模型”
B.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應(yīng),并以光的形式傳遞到地球表面
C.某種光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng),若用頻率更小的光照射到該金屬上一定不能發(fā)生光電效應(yīng)
D.據(jù)玻爾理論,氫原子核外電子從低能級軌道躍遷到高能級軌道時,電子的動能減小,勢能增加,原子總能量增加
E.原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量

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17.如圖,質(zhì)量為m的物體A放在光滑的水平桌面上,用不可伸長的細(xì)繩繞過光滑的定滑輪與質(zhì)量為m的物體B相連,當(dāng)繩拉直時讓B無初速度下落h高度時(h小于桌面高度H,B物體沒有落地),則桌面上A物體的運動的速率是( �。�
A.ghB.210gh5C.4ghD.3gh

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

14.質(zhì)量m=5t的汽車以速率v=10m/s分別駛過一座半徑R=40m的凹形橋的中央,g=10m/s2,若在凹形橋的中央,汽車對橋面的壓力是62500N;若汽車通過凸形橋頂端時對橋面的壓力為零,此時汽車的速率是20m/s.

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15.關(guān)于曲線運動,下列說法正確的有(  )
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同步練習(xí)冊答案
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