Question

11．某同學(xué)利用重物自由下落來驗證機(jī)械能守恒定律，該同學(xué)組裝好的實(shí)驗裝置如圖所示．
（1）請指出該同學(xué)在實(shí)驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑?br />①打點(diǎn)計時器不能接直流電
②重物離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)
（2）該同學(xué)更正上述問題后進(jìn)行實(shí)驗，得到了幾條點(diǎn)跡清晰的紙帶．利用紙帶驗證機(jī)械能守恒時，有以下兩種方案：
方案一，利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計算；
方案二，任取兩點(diǎn)計算；
其中對選取紙帶的第1、2兩點(diǎn)間距離要求小于或接近2mm的是方案一（選填“一”或“二”）．
（3）該同學(xué)選擇了方案一并結(jié)合圖象法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析．他從紙帶上選取多個點(diǎn)，測量從起始點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計算各點(diǎn)速度的平方v²，根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)作出$\frac{1}{2}$v²-h圖象，其中圖線的斜率表示重力加速度g．

Answer 1

分析 （1）解決實(shí)驗問題首先要掌握該實(shí)驗原理，了解實(shí)驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，清楚該實(shí)驗的誤差來源．打點(diǎn)計時器應(yīng)使用交流電源，重物釋放時應(yīng)緊靠打點(diǎn)計時器．
（2）根據(jù)自由落體運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行判斷；
（3）根據(jù)機(jī)械能守恒的規(guī)律進(jìn)行判斷．

解答 解：（1）本實(shí)驗要求采用打電計時器，打點(diǎn)計時器采用的是交流電源，而本實(shí)驗中采用了直流電源；
同時，由于加速度較大，故紙帶應(yīng)在1米左右，且應(yīng)讓重物緊靠打點(diǎn)計時器，而本實(shí)驗中離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)，故錯誤為：
①打點(diǎn)計時器接了直流電源；②重物離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)；
（2）根據(jù)自由落體運(yùn)動規(guī)律應(yīng)有h=$\frac{1}{2}×9.8×$（0.02）²=0.002m=2mm，
選用點(diǎn)跡清晰，第1、2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，也就以利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計算，
所以方案是一．
（3）重物由靜止開始下落距離h獲得速度v，根據(jù)動能定理得
mgh=$\frac{1}{2}$mv²
即$\frac{1}{2}$v²=gh
所以$\frac{1}{2}$v²-h圖線的斜率是重力加速度g．
故答案為：（1）打點(diǎn)計時器接了直流電；重物離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)；
（2）一；
（3）重力加速度g

點(diǎn)評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．