Question

4．如圖1所示，某同學將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置測定重力加速度．

（1）所需器材有：電磁打點計時器、紙帶、復寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需（填字母代號）中的器材．
A．直流電源       B．天平及砝碼      C．4-6V交流電源     D．毫米刻度尺
（2）該同學開始實驗時情形如圖1所示，接通電源后釋放紙帶與重物．請指出圖中該同學在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當?shù)牡胤剑孩俅螯c計時器接在直流電源上，②開始時重物離打點計時器太遠．
（3）下列做法中，正確的是D
A．重物應選擇體積大、質量小的物體
B．必需使用天平測出重物的質量
C．必需使用秒表測出重物下落的時間
D．測出紙帶上兩點跡間的距離，可知重物相應的下落高度
（4）得到的紙帶如圖2所示，數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字要求的一組數(shù)據(jù)應改為cm；物體在打下點D時的速度大小為1.48m/s．物體的加速度大小為9.63m/s²．該實驗中測得的重力加速度偏小，其主要原因是實驗中存在摩擦力及空氣的阻力．（計算結果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)用打點計時器測重力加速度的原理，和實驗的步驟可以判斷遺漏的器材；
（2）本題考查了打點計時器的具體應用，熟悉打點計時器的使用細節(jié)即可正確解答本題；
（3）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項；
（4）刻度尺為毫米刻度尺，需要進行估讀，故在讀數(shù)時應保留到十分之一毫米位，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點時小車的瞬時速度大小．

解答 解：（1）電磁打點計時器需接4-6V交流電源．重力加速度與物體的質量無關，所以不要天平和砝碼．計算速度需要測相鄰計數(shù)的距離，需要毫米刻度尺，故AB錯誤，CD正確．
故選：CD．
（2）打點計時器接了直流電；重物離打點計時器太遠；
（3）A、實驗供選擇的重物應該相對質量較大、體積較小的物體，這樣能減少摩擦阻力的影響，故A錯誤．
B、因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要測出重物的質量，故B錯誤．
C、我們可以通過打點計時器計算時間，不需要秒表．故C錯誤．
D、紙帶上兩點跡間的距離，就是重物相應的下落高度，故D正確．
故選：D．
（4）毫米刻度尺測量長度，要求估讀即讀到最小刻度的下一位，這五個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是：2.0，應改為2.00cm．
ABCDEF是打點計時器連續(xù)打出的點，因此計數(shù)點之間的時間間隔為：T=0.02s；
根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的速度等于平均速度求出D點速度為：
v_D=$\frac{{x}_{CE}}{2T}$=$\frac{10.32-4.39}{2×0.02}×1{0}^{-2}$ m/s=1.48 m/s
根據(jù)逐差法有：a=$\frac{{x}_{CE}-{x}_{AC}}{4{T}^{2}}$=$\frac{10.32-4.39-4.39}{0.0{2}^{2}×4}×1{0}^{-2}$  m/s²=9.63 m/s²，
由于重物下落的過程中不可避免的存在摩擦力及空氣的阻力，因此所測重力加速度比實際的要�。�
故答案為：（1）CD；
（2）①打點計時器接在直流電源上；②開始時重物離打點計時器太遠．
（3）D；
（4）2.00；  1.48；  9.63；實驗中存在摩擦力及空氣的阻力．

點評 知道毫米刻度尺讀數(shù)時要進行估讀，要提高應用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎知識的理解與應用，要注意單位的換算．