某同学为了探究杆转动时的动能表达式,设计了如图所示的实验:质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处,杆由水平位置静止释放,用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度

◎ 题目

某同学为了探究杆转动时的动能表达式,设计了如图所示的实验:质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处,杆由水平位置静止释放,用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度vA,并记下该位置与转轴O的高度差h

⑴设杆的宽度为LL很小),A端通过光电门的时间为t,则A端通过光电门的瞬时速度vA的表达式为      

⑵调节h的大小并记录对应的速度vA,数据如下表。为了形象直观地反映vAh的关系,请选择适当的纵坐标并画出图象。
组 次
1
2
3
4
5
6
h/m
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
vA/(m·s-1
1.23
1.73
2.12
2.46
2.74
3.00
vA-1/ (s·m-1
0.81
0.58
0.47
0.41
0.36
0.33
vA2/ (m2·s-2
1.50
3.00
4.50
6.05
7.51
9.00
⑶当地重力加速度g取10m/s2,结合图象分析,杆转动时的动能Ek=       (请用质量m、速度vA表示)。

◎ 答案

L/t(3分)
⑵如图(纵坐标1分,图象2分)

mvA2(2分)

◎ 解析

A端通过光电门的瞬时速度vA的表达式为L/t。由于vA2与h成正比,为了形象直观地反映vAh的关系,应该选择vA2作为纵坐标画出图象。把杆看作质量集中在中心的质点,A端下落h,集中在中心的质点下落h/2,重力势能减小mgh/2。由机械能守恒定律,mgh/2=Ek,根据图象可得,vA2=30h,联立解得Ek =mvA2

◎ 知识点

    专家分析,试题“某同学为了探究杆转动时的动能表达式,设计了如图所示的实验:质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处,杆由水平位置静止释放,用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度…”主要考查了你对  【实验:探究小车速度随时间变化的规律】,【实验:探究弹力与弹簧伸长的关系】,【实验:探究加速度与力、质量的关系】,【实验:探究功与速度变化的关系】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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