Question

18．物理實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的自制實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)．沿豎直墻面固定一根刻度尺，使刻度尺的零刻度與水平地面重合；在墻上，距離地面高度為L(zhǎng)的P點(diǎn)固定一小定滑輪，用一根輕質(zhì)尼龍絲線繞過(guò)定滑輪，兩端拴接質(zhì)量不等的兩個(gè)物體A、B．開(kāi)始時(shí)，將兩物體處于相等高度位置，絲線繃直，通過(guò)刻度尺，記錄A、B兩物體距離地面的高度為h；然后，同時(shí)由靜止釋放A、B物體，較重的A物體豎直下落與地面相碰后靜止，較輕的B物體仍向上運(yùn)動(dòng)，觀察B物體所能到達(dá)的最大高度為 H，并記錄下來(lái)．
①根據(jù)上述測(cè)量的物理量可計(jì)算A、B 兩物體質(zhì)量之比$\frac{H-h}{3h-H}$；
②用天平測(cè)量?jī)晌矬w質(zhì)量，所得A、B 兩物體質(zhì)量之比，與上述①所得數(shù)據(jù)略有差距，試分析造成誤差的原因存在空氣阻力或摩擦阻力，H或h的測(cè)量值有誤差；
③若要盡量減小本實(shí)驗(yàn)誤差，可采取的方法有哪些多次測(cè)量取平均值；
④若換用不同質(zhì)量的物體進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，每次釋放后，要使較輕的B物體不至于碰到定滑輪，那么，絲線所需的長(zhǎng)度不應(yīng)小于$\frac{4L}{3}$．

Answer 1

分析 對(duì)整體分析，求出加速度的大小，抓住A、B速度大小相同，結(jié)合速度位移公式求出兩物體的質(zhì)量比．

解答 解：（1）靜止釋放A、B物體，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)：m_Ag-m_Bg=（m_A+m_B）a，
A物體與地面相碰后，B物體的速度：$v=\sqrt{2ah}$，
相碰后B物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)：2g（H-2h）=v²，
聯(lián)立以上三式得：$\frac{{m}_{A}}{{m}_{B}}=\frac{H-h}{3h-H}$；
（2）實(shí)驗(yàn)中未考慮繩的摩擦阻力和空氣阻力，而且，H和h測(cè)量中不夠精確，均可造成誤差出現(xiàn)；
（3）多次測(cè)量取平均值，可減少誤差；
（4）若使較輕的B不至于碰到定滑輪，B豎直上拋的最大初速度為：${v}_{max}=\sqrt{2gh}$；
根據(jù)速度位移公式得：${{v}_{max}}^{2}=2gh=2g（H-2h）$，解得：H=3h；
由圖知：L＞H，則絲線所需的長(zhǎng)度：L_絲≥2L-2h
聯(lián)立解得：${L}_{絲}≥\frac{4L}{3}$；
故答案為：$①\frac{H-h}{3h-H}$；②存在空氣阻力或摩擦阻力，H或h的測(cè)量值有誤差；③多次測(cè)量取平均值；④$\frac{4L}{3}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的綜合運(yùn)用，知道加速度是聯(lián)系力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋梁．