(5分)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如…——2020 高考物理第 9 题答案解析

2020_新课标II卷

2020 全国 第 9 题 解答题 区分题
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9.(5分)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图所示。一实验小组用此装置测量小球B 运动的加速度。令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度 $\mathtt { h } _ { 0 } = 0 . 5 9 0 \mathrm { m }$ ,下降一段距离后的高度 $\mathtt { h } { = } 0 . 1 0 0 \mathrm { m }$ ;由 $\mathrm { h } _ { 0 }$ 下降至h所用的时间T=0.730s。由此求得小球B 加速度的大小为 $\mathrm { \mathbf { a } } { = } \mathrm { \_ { 1 . 8 4 } } \mathrm { \quad } \mathrm { \mathbf { m } } / \mathrm { \mathbf { s } } ^ { 2 }$ (保留3位有效数字)。从实验室提供的数据得知,小球 A、B 的质量分别为 $1 0 0 . 0 { \mathrm { g } }$ 和 $1 5 0 . 0 \mathrm { g } \cdot$ ,当地重力加速度大小为 $\mathrm { { g } } { = } 9 . 8 0 \mathrm { { m } } / \mathrm { { s } } ^ { 2 }$ .根据牛顿第二定律计算可得小球 B 加速度的大小为 $\mathrm { ~ \bf ~ a ~ } ^ { \prime } = \mathrm { ~ \underline { { { ~ 1 . 9 6 } } } ~ }$ $\mathrm { m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$ (保留 3 位有效数字)。可以看出, $\mathbf { a ^ { \prime } }$ 与 a 有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因: 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量 。

参考答案

1.84;1.96;滑轮的轴不光滑或滑轮有质量

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【分析】根据运动学公式可以得到球 B 下降的加速度大小;根据牛顿第二定律可以得到小球下落的加速度大小;因为在实际的操作中滑轮与轴之间不是光滑的,以及滑轮的质量也不可忽略,所以造成实际的加速度大小与理论计算的加速度大小不一致。

【解答】解:小球B 做的是初速度为零的匀加速直线运动,则有: $\mathtt { h _ { \bar { 0 } } - h } \mathtt { = } \frac { 1 } { 2 } \mathtt { a } \mathtt { T } ^ { 2 }$

得: $\mathsf { a } = \frac { 2 \left( \mathsf { h } _ { 0 } - \mathsf { h } \right) } { \mathsf { T } ^ { 2 } } = \frac { 2 \times \left( 0 . 5 9 0 - 0 . 1 0 0 \right) } { 0 . 7 3 0 ^ { 2 } } \mathsf { m } / \mathsf { s } ^ { 2 } \mathsf { = } 1 .$ $8 4 \mathrm { m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$

把A、B球看成一个整体,由牛顿第二定律可得:

$$ (\mathrm{m} _ {\mathrm{B}} - \mathrm{m} _ {\mathrm{A}}) \mathrm{g} = (\mathrm{m} _ {\mathrm{A}} + \mathrm{m} _ {\mathrm{B}}) \mathrm{a} $$

则有: $\mathrm { ~ ~ \hat { a } ~ } ^ { \prime } = \frac { \Pi _ { \vec { B } } - \Pi _ { \hat { A } } } { \Pi _ { \hat { A } } + \Pi _ { \vec { B } } } \mathrm { g } = 1 . \mathrm { ~ \nabla \vec { 9 } f \pi / \ e ^ { ~ 2 } ~ }$

本来 a 和 a'大小应该相等,但是因为滑轮的质量以及滑轮与轴之间的摩擦都不可忽略,所以a和 a'具有明显的差异。

故答案为:1.84;1.96;滑轮的轴不光滑或滑轮有质量。

【点评】对球B 的运动情况分析是解题的关键,根据运动学公式可以得到小球B实际下落的加速度大小。根据牛顿第二定律计算的时候,注意细绳上的拉力不等于小球 A 或小球B的重力。

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