Question

如圖甲所示為研究平拋運動的實驗裝置：
（1）現把兩個小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上，然后切斷電磁鐵C的電源，使一只小鐵球從軌道A射出，并在射出時碰到碰撞開關S，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球，兩鐵球同時落到地面．這個實驗______
A．只能說明平拋運動的水平方向做勻速直線運動的規律
B．只能說明平拋運動的豎直方向做自由落體運動的規律
C．不能說明上述AB規律中的任何一條
D．能同時說明上述AB兩條規律
（2）若在實驗中利用頻閃照相機得到小球做平拋運動的頻閃照片，還可以用來驗證機械能守恒定律，如圖乙是小球實驗中的部分位置的頻閃照片．小球在平拋運動途中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示，已知小方格的邊長L=1.6cm，頻閃的頻率為f=25Hz，則：
①小球平拋的初速度v₀=______m/s．小球在b點的速率為______m/s（兩空都取二位有效數字）．
②設小球的質量為m，重力加速度為g．為驗證小球從b→c過程中機械能是否守恒，則應算出重力勢能的減少量為______，動能的增加量為______（用L、f、m、g表示），然后比較二者是否相等．

Answer 1

（1）C在射出時碰撞開關S，兩小球同時開始運動，C做平拋運動，E做自由落體運動，結果同時落地，則說明平拋運動豎直方向是自由落體運動，故ACD錯誤，B正確
（2）①根據v₀=

x

t

，x=2L，t=

1

f

=

1

25

s=0.04s
代入可得：v₀=0.80m/s
b點豎直方向分速度v_y=

L+2L

2T

=

3×1.6×10-2

2×0.04

=0.6m/s
根據速度合成，b點的速率v_b=

v 20 + v 2y

=

0．82+0．62

=1.00m/s
②小球從b→c過程中，重力做正功，故重力勢能減少△E_P=mg×2L=2mgL
動能增加量△E_K=

1

2

m

v

2c

-

1

2

m

v

2b

=

1

2

m(

v

20

+

v

2yc

-

v

20

-

v

2yb

)=

1

2

m(

v

2yc

-

v

2yb

)
v_yc=

5L

2T

，v_yb=

3L

2T

代入上式得：△E_K=2m

L2

T2

=2mf²L²
故答案為：（1）B；（2）①0.80m/s；1.0m/s；②2mgL；2mf²L²