如图(a)所示,冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块,弹丸击中摆块时陷入摆块内,使摆块摆至某一高度,利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。
实验步骤如下:
①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M;
②将实验装置水平放在桌子上,调节摆绳的长度,使弹丸恰好能射入摆块内,并使摆块摆动平稳,同时用刻度尺测出摆长;
③让摆块静止在平衡位置,扳动弹簧枪的扳机,把弹丸射入摆块内,摆块和弹丸推动指针一起摆动,记下指针的最大偏角;
④多次重复步骤③,记录指针最大偏角的平均值;
⑤换不同挡位测量,并将结果填入下表。
完成下列填空:
挡位 | 平均最大偏角θ(角度) | 弹丸质量m(kg) | 摆块质量M(kg) | 摆长l(m) | 弹丸的速度v(m/s) |
低速挡 | 15.7 | 0.007 65 | 0.078 9 | 0.270 | 5.03 |
中速挡 | 19.1 | 0.007 65 | 0.078 9 | 0.270 | 6.77 |
高速挡 | 0.007 65 | 0.078 9 | 0.270 | 7.15 |
(1)现测得高速挡指针最大偏角如图(b)所示,请将表中数据补充完整:θ=________。
(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v=___________。(已知重力加速度为g)
(3)为减小实验误差,每次实验前,并不是将指针置于竖直方向的零刻度处,常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角,每次正式射击前,应预置指针,使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由:_______________________________。
(1)22.4(22.1~22.7均正确) (2) (3)较大的速度碰撞指针,会损失较多的机械能
【解析】:(1)由图b可得:22.4(22.1~22.7)。
(2)根据动量守恒得:mv=(m+M)v′,由机械能守恒定律得:(m+M)v′2=(m+M)gl(1-cos θ),整理得:v=。
(3)较大的速度碰撞指针,会损失较多的机械能(其他理由,如“摆块在推动指针偏转时要克服摩擦力做功”、“指针摆动较长的距离损失的机械能较多”等)。