Question

15．某興趣小組的實驗裝置如圖1所示，通過電磁鐵控制的小球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器（圖中未畫出）記錄下?lián)豕鈺r間t，測出A、B之間的距離h．實驗前應調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束

（1）若用該套裝置驗證機械能守恒，已知重力加速度為g，還需要測量的物理量為D
A．A點與地面間的距離H          B．小球的質(zhì)量m
C．小球從A到B的下落時間t_AB     D．小球的直徑d
（2）用游標卡尺測得小球直徑如圖2所示，則小球直徑為1.14cm，某次小球通過光電門毫秒計數(shù)器的讀數(shù)為3ms，則該次小球通過光電門B時的瞬時速度大小為 v=3.8m/s
（3）若用該套裝置進行“探究做功和物體速度變化關系”的實驗，大家提出以下幾種猜想：W∝v；W∝v²；W∝$\sqrt{v}$…．然后調(diào)節(jié)光電門B的位置，計算出小球每次通過光電門B的速度v₁、v₂、v₃、v₄…，并測出小球在A、B間的下落高度h₁、h₂、h₃、h₄…，然后繪制了如圖3所示的h-v圖象．若為了更直觀地看出h和v的函數(shù)關系，他們下一步應該重新繪制A．
A．h-v²圖象     B．h-$\sqrt{v}$圖象     C．h-$\frac{1}{v}$圖象      D．h-$\frac{1}{\sqrt{v}}$圖象．

Answer 1

分析 （1）該題利用自由落體運動來驗證機械能守恒，因此需要測量物體自由下落的高度h_AB，以及物體通過B點的速度大小，在測量速度時我們利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，因此明白了實驗原理即可知道需要測量的數(shù)據(jù)．利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，由此可以求出小鐵球通過光電門時的瞬時速度，根據(jù)機械能守恒的表達式可以求出所要求的關系式．
（2）游標卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加游標讀數(shù)，不需估讀．
（3）為了直觀地得出h-v的函數(shù)關系，需作出線性圖線，結(jié)合動能定理得出表達式，從而確定繪制的圖線．

解答 解：（1）A、根據(jù)實驗原理可知，需要測量的是A點到光電門的距離，故A錯誤；
B、根據(jù)機械能守恒的表達式可知，方程兩邊可以約掉質(zhì)量，因此不需要測量質(zhì)量，故B錯誤；
C、利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故C錯誤；
D、利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測量小球的直徑，故D正確；
故選：D．
（2）游標卡尺主尺讀數(shù)為：1.1cm，游標尺上第4個刻度與上面對齊，故讀數(shù)為：4×0.1=0.4mm=0.04cm，
故最終讀數(shù)為：1.1cm+0.04cm=1.14cm；
利用小球通過光電門的平均速度代替瞬時速度，因此有：${v}_{B}=\frac3j3219f{t}=\frac{1.14×1{0}^{-2}}{0.003}m/s=3.8m/s$．
（3）小球從A點自由下落，所以有：mgh=$\frac{1}{2}m{v}^{2}-0$，若為了更直觀地看出h和v的函數(shù)關系，應該繪制h-v²圖象．
故選：A．
故答案為：（1）D （2）1.14，3.8，（3）A

點評 解答實驗問題的關鍵是明確實驗原理、實驗目的，了解具體操作．掌握動能變化量和重力勢能減小量的求法，知道某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．
為了研究兩個變量的關系，我們應該作出兩個變量的關系圖象為傾斜的直線來研究．