高中 | 机械能守恒定律 题目答案及解析

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必修2

第七章 机械能守恒定律

7.8 机械能守恒定律

机械能守恒定律

某实验小组同时测量$A$$B$两个箱子质量的装置图如图甲所示,其中$D$为铁架台,$E$为固定在铁架台上的轻质滑轮(质量和摩擦可忽略不计),$F$为光电门,$C$为固定在$A$上、宽度为$d$的细遮光条(质量不计),另外,该实验小组还准备了一套总质量$m_{0}=0.5\;\rm kg$的砝码和刻度尺。

在铁架台上标记一位置$O$,并测得该位置与光电门$F$之间的距离为$h$。取出质量为$m$的砝码放在$A$箱子中,剩余砝码全部放在$B$箱子中,让$A$从位置$O$由静止开始下降,则$A$下落到$F$处的过程中,$A$箱与$A$箱中砝码的整体机械能是                 (填“增加”、“减少”或“守恒”)的;

[["减少"]]

$A$$B$是由绳子相连的连接体,当$A$下降时$B$上升,它们具有相同的速率,可知当$A$下落至$F$处的过程中,$B$的重力势能增加,动能增加,而机械能为动能与势能之和,则可知$B$的机械能增加,整个系统的机械能守恒,故$A$的机械能减少。

用游标卡尺测量遮光条的宽度$d$的读数如图丙所示,其读数为                 $\;\rm mm$,测得遮光条通过光电门的时间为$\Delta t$,下落过程中的加速度大小$a=$                 (用$d$$\Delta t$$h$表示);

[["$11.3$","$\\dfrac{d^{2}}{2h{(\\Delta t)}^{2}}$"]]

游标卡尺的分度值为$0.1\;\rm mm$,则遮光条的宽度$d$的读数为$d=1.1\;\rm cm+3 \times 0.1\;\rm mm=11.3\;\rm mm$

遮光条通过光电门的速度为$v=\dfrac{d}{\Delta t}$

由运动学公式$v^{2}=2ah$

下落过程中的加速度大小为$a=\dfrac{d^{2}}{2h{(\Delta t)}^{2}}$

改变$m$,测得相应遮光条通过光电门的时间,算出加速度$a$,得到多组$m$$a$的数据,作出$a-m$图像如图乙所示,可得$A$的质量$m_{A}=$                 $\rm kg$。(取重力加速度大小$g=10\;\rm m/s^{2}$,计算结果保留三位有效数字)

[["$2.50$"]]

$A$$B$及砝码组成的系统由牛顿第二定律有$[(m_{A}+m)-(m_{B}+m_{0}-m)]g=(m_{A}+m_{B}+m_{0})a$

整理可得$a=\dfrac{2g}{m_{{A}}+m_{{B}}+m_{0}}m+\dfrac{(m_{{A}}-m_{{B}}-m_{0})g}{m_{{A}}+m_{{B}}+m_{0}}$

斜率为$k=\dfrac{2g}{m_{{A}}+m_{{B}}+m_{0}}=\dfrac{2.5}{0.5}$

纵截距为$b=\dfrac{(m_{{A}}-m_{{B}}-m_{0})g}{m_{{A}}+m_{{B}}+m_{0}}=2.5$

$m_{0}=0.5\;\rm kg$代入上式解得$m_{A}=2.50\;\rm kg$

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