
(2024·重庆·模拟预测)某同学用如图(a)所示的装置验证机械能守恒定律。不可伸长的轻绳绕过轻质定滑轮,轻绳两端分别连接物块P与感光细钢柱K,两者质量均为m=100g。钢柱K下端与质量为M=200g的物块Q相连。铁架台下部固定一个电动机,电动机竖直转轴上装一支激光笔,电动机带动激光笔绕转轴在水平面内匀速转动,每转一周激光照射在细钢柱表面时就会使细钢柱感光并留下痕迹。初始时P、K、Q系统在外力作用下保持静止,轻绳与细钢柱均竖直(重力加速度g取9.8m/s2)。
(1)开启电动机,待电动机以角速度ω=20πrad/s匀速转动后,将P、K、Q系统由静止释放,Q落地前,激光在细钢柱K上留下感光痕迹,取下K,测出感光痕迹间的距离如图(b)所示:hA=38.40cm,hB=60.00cm,hC=86.40cm。感光痕迹间的时间间隔T= s,激光束照射到B点时,细钢柱速度大小为vB= m/s。经判断系统由静止释放时激光笔光束恰好经过O点,在OB段,系统动能的增加量Ek= J,重力势能的减少量
Ep= J,比较两者关系可判断系统机械能是否守恒。(该小问除第一空外,其余计算结果均保留3位有效数字)
(2)选取相同的另一感光细钢柱K,若初始时激光笔对准K上某点,开启电动机的同时系统由静止释放,电动机的角速度按如图(c)所示的规律变化,图像斜率为k,记录下如图(d)所示的感光痕迹,其中两相邻感光痕迹间距均为d。当满足 即可证明系统在运动过程中机械能守恒(用含字母d、k、g、π的表达式表示)。
【答案】(1) 0.1 2.40 1.15 1.18
(2)
【知识点】验证机械能守恒定律的实验步骤与数据处理
该题有详细解析可以查阅
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