Question

【題目】某物理小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)粗測(cè)玩具小車通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)的速度的實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玩具小車（視為質(zhì)點(diǎn)）、壓力式托盤(pán)秤、凹形橋模擬器，已知凹形橋模擬器的質(zhì)量為1.00kg。

（1）將凹形橋模擬器靜置于托盤(pán)秤上，如圖（a）所示，然后將玩具小車放置在凹形橋模擬器最低點(diǎn)時(shí)，托盤(pán)秤示數(shù)如圖（b）所示，該玩具小車的質(zhì)量為_______kg.

（2）某次將玩具小車從凹形橋模擬器左側(cè)某一位置釋放后，小車經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)后滑向另一側(cè)過(guò)程中，小車的重力勢(shì)能________ (選填“不變”、“先減少后增加”或“先增加后減少”) ；經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)小車處于________ (選填“超重”或“失重”)狀態(tài)。

（3）如圖（c）所示，小車滑動(dòng)過(guò)程中某時(shí)刻經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，圖中虛線為過(guò)P點(diǎn)的切線，則小車在P點(diǎn)時(shí)加速度的方向可能是圖（c）中________(選填①、②、③或④) 所示的方向。

（4）上述（2）實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)托盤(pán)秤的最大示數(shù)為1.80kg，圓弧部分的半徑為R=0.20m. 重力加速度大小取9.80m/s2，則小車通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為____m/s (計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 。

Answer 1

【答案】 0.4 先減少后增加 超重 ② 1.4

【解析】（1）根據(jù)量程為10kg，最小分度為0.1kg，注意估讀到最小分度的下一位，托盤(pán)秤示數(shù)為1.40kg，凹形橋模擬器的質(zhì)量為1.00kg，所以玩具小車的質(zhì)量為m=1.40-1.00=0.40kg；

（2）小車經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)后滑向另一側(cè)過(guò)程中，高度先降低再升高，所以重力勢(shì)能先減少后增加，經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)向心加速度的方向向上，小車處于超重狀態(tài)；

（3）小車滑動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，向心加速度指向圓心，切線方向的加速度沿切線方向沿切線向右下方，所以其合加速度的方向可能沿②的方向；

（4）根據(jù)題意知最低點(diǎn)小車和凹形橋模擬器對(duì)秤的最大壓力為，根據(jù)牛頓第二定律知，代入數(shù)據(jù)解得．