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23、(9分)如图甲所示的装置叫做阿特伍德机,是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置,用来研究匀变速直线运动的规律.某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律,如图乙所示.

  (1)实验时,该同学进行了如下操作:

  ①将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)的重物用绳连接后,跨放在定滑轮上,处于静止状态.测量出______________(填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h.

  ②在B的下端挂上质量为m的物块C,让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动,光电门记录挡光片挡光的时间为△t.

  ③测出挡光片的宽度d,计算有关物理量,验证机械能守恒定律.

  (2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒,应满足的关系式为______________ (已知重力加速度为g).

  (3)验证实验结束后,该同学突发奇想:如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒,不断增大物块C的质量m,重物B的加速度a也将不断增大,那么a与m之间有怎样的定量关系?a随m增大会趋于一个什么值?请你帮该同学解决:

  ①写出a与m之间的关系式:__________________________(还要用到M和g).

  ②a的值会趋于________.

 

答案与解析:

(1)①挡光片中心

(2)

(3)①  ②重力加速度g

解析:该由实验验证机械能守恒定律的目的,验证重力势能的减少量和动能的增加量。故将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)的重物用绳连接后,跨放在定滑轮上,处于静止状态.测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h.光电门记录挡光片挡光的时间为Δt,挡光片的宽度d,计算出,满足

如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒,不断增大物块C的质量m,重物B的加速度a也将不断增大,由牛顿运动定律,(M+m)g-T=(M+m)a,T-Mg=Ma可得,由关系式m增大后a的值会趋于g。