高中 | 测量平均速度和瞬时速度 题目答案及解析

稿件来源:高途

高中 | 测量平均速度和瞬时速度题目答案及解析如下,仅供参考!

必修1

第一章 运动的描述

1.4 实验:用打点计时器测速度

测量平均速度和瞬时速度

玩具枪是儿时的美好回忆,为了保证玩具枪的安全性,公安部对玩具枪的“比动能”(即子弹或炮弹的动能与其最大截面积的比值)作出了规定,要求其数值须小于$0.16$。基于此,物理兴趣小组尝试通过测量塑料弹丸的速度来鉴别某玩具枪是否合规。

根据“比动能”的定义,请推断该物理量的单位为$\rm (\qquad)$

["

$\\rm {kg}/{s^{2}}$

","

$\\rm {N}/{s^{2}}$

","

$\\rm {\\text{kg}}/{\\text{s}}$

","

$\\rm {N}/{s}$

"]
[["A"]]

根据“比动能”的定义,请推断该物理量的单位为$\dfrac{\text{J}}{\text{m}^{\text{2}}}= \dfrac{\text{N} \cdot \text{m}}{\text{m}^{\text{2}}}=\dfrac{\text{kg} \cdot \text{m} \cdot \text{s}^{- 2} \cdot \text{m}}{\text{m}^{\text{2}}} =\dfrac{\text{kg}}{\text{s}^{\text{2}}}$

故选:$\rm A$

小组设计的实验装置如图所示。所用器材有:玩具枪及弹丸、装有挡光片的小车、轨道、光电门、数字式游标卡尺、电子秤等。实验步骤如下:

①用电子秤分别测量小车的质量$m_{1}$和弹丸的质量$m_{2}$

②用游标卡尺测量出挡光片宽度$x_{0}$

③平衡小车沿轨道滑行过程中的阻力。在轨道上安装光电门$A$$B$,让装有挡光片的小车以一定初速度由右向左运动,若测得挡光片经过$A$$B$的挡光时间分别为$13.56\;\rm ms$$17.90\;\rm ms$,则应适当调高轨道的                 (填“左”或“右”)端。经过多次调整,直至挡光时间相等;

④让小车处于$A$的右侧,枪口靠近小车,发射弹丸,使弹丸沿轨道方向射出并粘在小车上,小车向左运动经过光电门$A$,测得挡光片经过$A$的挡光时间$t_{0}$

⑤改变挡光片的宽度,重复实验,并作出$x_{0}-t_{0}$图线,如图所示,若图线斜率为$k$,则弹丸速度大小$v=$                 (用$k$$m_{1}$$m_{2}$表示)

[["右","$\\dfrac{(m_{1}+ m_{2})k}{m_{2}}$"]]

③测得挡光片经过$A$$B$的挡光时间分别为$13.56\;\rm ms$$17.90\;\rm ms$,可知小车减速,应适当调高轨道的右端;

⑤弹丸与小车碰撞,根据动量守恒定律有$m_{2}v=(m_{1}+m_{2})v'$

挡光片经过光电门的速度为$v'=\dfrac{x_{0}}{t_{0}}$

联立解得$x_{0}=\dfrac{m_{2}}{m_{1}+m_{2}}vt_{0}$

$x_{0}-t_{0}$图线的斜率$k=\dfrac{m_{2}}{m_{1}+m_{2}}v$

解得$v=\dfrac{(m_{1}+m_{2})k}{m_{2}}$

小组测出弹丸离开枪口的速度大小为$0.2\;\rm m/s$,弹丸的质量为$0.2\;\rm g$,直径为$6\;\rm mm$,请判断该玩具枪是否合规?                 (选填“是”或“否”)判断的理由:                 

[["是","见解析"]]

玩具枪的比动能为$\varepsilon= \dfrac{\dfrac{1}{2}mv^{2}}{S}=\dfrac{\dfrac{1}{2}mv^{2}}{\dfrac{\pi d^{2}}{4}}=\dfrac{2 \times 0.2 \times 10^{- 3} \times {0.2}^{2}}{3.14 \times {(6 \times 10^{- 3})}^{2}}\ \text{kg/s}^{2}=0.14\text{kg/s}^{2}\lt 0.16\ \text{kg/s}^{2}$

玩具枪合规。

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