Question

【題目】某物理小組的同學設計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點的速度的實驗，所用器材有：玩具小車（視為質點）、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器，已知凹形橋模擬器的質量為1.00kg。

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

（2）某次將玩具小車從凹形橋模擬器左側某一位置釋放后，小車經過最低點后滑向另一側過程中，小車的重力勢能________ (選填“不變”、“先減少后增加”或“先增加后減少”) ；經過凹形橋最低點時小車處于________ (選填“超重”或“失重”)狀態。

（3）如圖（c）所示，小車滑動過程中某時刻經過P點，圖中虛線為過P點的切線，則小車在P點時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）實驗中，發現托盤秤的最大示數為1.80kg，圓弧部分的半徑為R=0.20m. 重力加速度大小取9.80m/s2，則小車通過最低點時的速度大小為____m/s (計算結果保留2位有效數字) 。

Answer 1

【答案】 0.4 先減少后增加 超重 ② 1.4

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

（2）小車經過最低點后滑向另一側過程中，高度先降低再升高，所以重力勢能先減少后增加，經過凹形橋最低點時向心加速度的方向向上，小車處于超重狀態；

（3）小車滑動過程中經過P點，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）根據題意知最低點小車和凹形橋模擬器對秤的最大壓力為，根據牛頓第二定律知，代入數據解得．