Ⅰ.某同学做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验装置如图1,小车在橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行.用一条橡皮筋时对小车做的功记为W,当用2条、3条…,完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.实验中木板水平放置,小车在橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是______ A.橡皮筋仍处于伸长状态 B.橡皮筋恰好恢复原长 C.小车恰好运动到两个铁钉的连线处 D.小车已超过两个铁钉的连线 Ⅱ.探究能力是物理学研究的重要能力之一,有同学通过设计实验探究绕轴转动而具有的转动动能与哪些因素有关.他以圆形砂轮为研究对象,研究其转动动能与质量、半径、角速度的具体关系.砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω,然后让砂轮脱离动力,用一把弹性尺子与砂轮接触使砂轮慢慢停下,设尺子与砂轮间的摩擦力大小恒为牛(不计转轴与砂轮的摩擦),分别取不同质量、不同半径的砂轮,使其以不同的角速度旋转进行实验,得到数据如下表所示: (1)由上述数据推导出转动动能Ek与质量m、角速度ω、半径r的关系式为______(比例系数用k表示). (2)以上实验运用了物理学中的一个重要的实验方法是______.
半径r/cm | 质量m/kg | 角速度ω(rad/s) | 圈数 | 转动动能Ek/J | 4 | 1 | 2 | 8 | | 4 | 1 | 3 | 18 | | 4 | 1 | 4 | 32 | | 4 | 2 | 2 | 16 | | 4 | 3 | 2 | 24 | | 4 | 4 | 2 | 32 | | 8 | 1 | 2 | 16 | | 12 | 1 | 2 | 24 | | 16 | 1 | 2 | 32 | |
答案
Ⅰ(1)平衡摩擦力后,橡皮筋的拉力等于合力,橡皮条做功完毕,小车的速度最大,若不进行平衡摩擦力操作,则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时,速度最大,本题中木板水平放置,显然没有进行平衡摩擦力的操作,因此当小车的速度最大时,橡皮筋仍处于伸长状态,故BCD错误,A正确. Ⅱ(1)砂轮停下时,砂轮边缘某点转过的弧长s=2πn,其中n是砂轮转过的圈数,砂轮克服摩擦力做的功等于砂轮动能的变化量,由能量守恒率可知:EK=Wf=fs=×2πn=20n(cm)=0.2n(m),实验时砂轮的动能如下表所示:
半径r/cm | 质量/m0 | 角速度(rad/s) | 圈数 | 转动动能/J | 4 | 1 | 2 | 8 | 1.60 | 4 | 1 | 3 | 18 | 3.60 | 4 | 1 | 4 | 32 | 6.40 | 4 | 2 | 2 | 16 | 3.20 | 4 | 3 | 2 | 24 | 4.80 | 4 | 4 | 2 | 32 | 6.40 | 8 | 1 | 2 | 16 | 3.20 | 12 | 1 | 2 | 24 | 4.80 | 16 | 1 | 2 | 32 | 6.40 |
举一反三
如图,一半圆形碗的边缘上装有一定滑轮,滑轮两边通过一不可伸长的轻质细线挂着两个小物体,质量分别为m1、m2,m1>m2.现让m1从靠近定滑轮处由静止开始沿碗内壁下滑.设碗固定不动,其内壁光滑、半径为R.则m1滑到碗最低点的速度为( ) | 将四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱,其中第3、4块固定在地基上,第l、2块间的接触面是竖直的,每块石块的两个侧面间所夹的圆心角均为30°.假定石块间的摩擦力可以忽略不计,则第1、2块石块间的作用力和第1、3块石块间的作用力的大小之比为( ) | 如图所示,两个倾角相同的滑竿上分别套有A、B两个质量均为m圆环,两个圆环上分别用细线悬吊两个质量均为M的物体C、D,当它们都沿滑竿向下滑动并保持相对静止时,A的悬线与杆垂直,B的悬线竖直向下.下列结论正确的是( )A.A环受滑竿的作用力大小为(m+M)gcosθ | B.B环受到的摩擦力f=mgsinθ | C.C球的加速度a=gsinθ | D.D受悬线的拉力T=Mg |
| 倾角为45°的斜面固定于竖直墙上,为使质量分布均匀的光滑球静止在如图所示的位置,需用一个水平推力F作用于球上,F的作用线通过球心.设球受到的重力为G,竖直墙对球的弹力为N1,斜面对球的弹力为N2,则下列说法正确的是( )A.N1一定等于F | B.N2一定大于N1 | C.N2一定大于G | D.F一定小于G |
| 如图所示,质量分别为mA和mB的物体A、B用细绳连接后跨过滑轮,A静止在倾角为45°的斜面上.已知mA=2mB,不计滑轮摩擦,现将斜面倾角由45°增大到50°,系统保持静止.下列说法正确的是( )A.细绳对A的拉力将增大 | B.A对斜面的压力将减小 | C.A受到的静摩擦力不变 | D.A受到的合力将增大 |
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