Question

7．如圖1是“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，以下列出了一些實(shí)驗(yàn)步驟：

A．用天平測出重物和夾子的質(zhì)量
B．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定放到桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直面內(nèi)
C．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在交流電源上，電源開關(guān)處于斷開狀態(tài)
D．將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，處于靜止?fàn)顟B(tài)
E．接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放紙帶，之后再斷開電源
F．用秒表測出重物下落的時(shí)間
G．更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)
（1）對于本實(shí)驗(yàn)，以上不必要的兩個(gè)步驟是A和F，圖2為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，O為打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開始選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)（其他點(diǎn)未畫出），打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)．若重物的質(zhì)量為0.5kg，當(dāng)?shù)刂亓�加速度取g=9.8m/s²，由圖乙所給的數(shù)據(jù)可算出（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）：
①從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中，重力勢能的減少量為0.86J．
②打B點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為0.81J．
（2）試指出造成第（1）問中①②計(jì)算結(jié)果不等的原因是由于空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力做功．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和注意事項(xiàng)確定實(shí)驗(yàn)中不必要的步驟．
根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度求出B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而得出B點(diǎn)的動(dòng)能．
（2）重力勢能的減小量與動(dòng)能增加量不等的原因是由于空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力做功引起的．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，兩邊都有質(zhì)量，可以約去，所以不需要測出重物和夾子的質(zhì)量，故A不需要．
物體下落的時(shí)間可以通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接得出，不需要秒表測重物下落的時(shí)間，故F不需要．
故選：A和F．
①從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中，重力勢能的減少量△E_p=mgh=0.5×9.8×0.176J=0.86J．
②B點(diǎn)的速度v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{22.99-15.79}{2×0.02}×1{0}^{-2}$m/s=1.8m/s，
則B點(diǎn)的動(dòng)能E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×0.5×1.8²=0.81J．
（2）第（1）問中①②計(jì)算結(jié)果不等的原因是由于空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力做功．
故答案為：（1）A、F，①0.86；②0.81；（2）由于空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力做功．

點(diǎn)評 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所測數(shù)據(jù)，如何測量計(jì)算，會(huì)起到事半功倍的效果．掌握紙帶的處理方法，會(huì)根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，會(huì)根據(jù)紙帶求出瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量．