(2013•闵行区二模)某同学为了探究杆子转动时的动能表达式,设计了下图a所示的实验:质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑
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  • 解题思路:(1)杆的有效宽度为d很小,A端通过光电门的时间为t,故可以用t时间内的平均速度表示该段时间间隔内任意时刻的瞬时速度;

    (2)质点的动能与速度的平方成正比,故可以求出速度的平方,再找关系;

    (3)在杆上取△x长度微元,求出动能表达式,然后积分求解出总动能表达式.

    (1)杆的有效宽度为d很小,A端通过光电门的时间为t,故可以用t时间内的平均速度表示该段时间间隔内任意时刻的瞬时速度;

    故A端通过光电门的瞬时速度vA的表达式为:vA=

    d

    t;

    (2)质点的动能与速度的平方成正比,故可以求出速度的平方,如下表:

    组次 1 2 3 4 5 6

    h/m 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

    vA(m/s) 1.23 1.73 2.12 2.46 2.74 3.00

    vA2(m/s)21.51 2.99 4.49 6.05 7.51 9.00由上述表格得到:vA2=30h;

    (3)设杆长L,杆转动的角速度为:ω=

    vA

    L;

    在杆上取△x长度微元,设其离O点间距为x,其动能为:[1/2•

    m•△x

    L•(

    vA

    L•x)2;

    积分得到:EK=

    ∫L0

    1

    2•

    m•△x

    L•(

    vA

    L•x)2=

    1

    6mvA2;

    故答案为:(1)

    d

    t];(2)vA2=30h;(3)

    1

    6mvA2.

    点评:

    本题考点: 探究功与速度变化的关系.

    考点点评: 本题第二问数据处理时要先猜测,然后逐一验证;第三问要用到微元法,不能将将质量当作集中到重心处,只有考虑平衡时才能将质量当作集中到重心.