Question

20．利用圖示裝置進(jìn)行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h．某小組同學(xué)對實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案．
A．用刻度尺測出物體下落高度h，用打點間隔數(shù)測出下落時間t，通過v=gt計算出瞬時速度v．
B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v=$\sqrt{2gh}$，計算出瞬時速度v．
C．根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$，計算得出高度h
D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v．
（1）以上方案中只有一種正確，正確的是D （填入相應(yīng)的字母）
（2）在該實驗中，有幾個注意點，以下描述正確的是ABC
A．為減小摩擦阻力，需要調(diào)整打點計時器的限位孔，使它在同一豎直線上
B．可以選用質(zhì)量很大的重錘，先用手托住，等計時器通電后再釋放重錘
C．只有選第1、第2兩打點間隔約2mm的紙帶才代表打第1點時的速度為零
D．實驗結(jié)果如果正確合理，得到的動能增加量應(yīng)略大于重力勢能的減小量．

Answer 1

分析 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．
該實驗是驗證機械能守恒定律的實驗．因為我們知道自由落體運動只受重力，機械能就守恒．如果把重物看成自由落體運動，再運用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗證；
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．
驗證實驗過程中不能把要驗證的結(jié)論拿來應(yīng)用．

解答 解：（1）物體由靜止開始自由下落過程中受到空氣阻力和紙帶與打點計時器的摩擦阻力作用，不是自由落體運動，v=gt，v=$\sqrt{2gh}$，h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$ 都是自由落體運動的公式．若用這些公式進(jìn)行分析，就不需要驗證了，相當(dāng)于用機械能守恒驗證機械能守恒．下落的高度用刻度尺測量，瞬時速度用平均速度的方法計算．故ABC錯誤，D正確．
（2）A、為減小摩擦阻力，需要調(diào)整打點計時器的限位孔，使它在同一豎直線上．故A正確．
B、應(yīng)選擇質(zhì)量大，體積小的重錘，減小實驗的誤差，等計時器通電后再釋放重錘，故B正確．
C、根據(jù)h=$\frac{1}{2}$gt²=$\frac{1}{2}$×10×0.02²m=0.002m=2mm知，只有選第1、第2兩打點間隔約2mm的紙帶才代表打第1點時的速度為零．故C正確．
D、因為存在阻力作用，知動能的增加量略小于重力勢能的減小量．故D錯誤．
故答案為：（1）D；（2）ABC．

點評 我們做驗證實驗、探究實驗過程中，不能用驗證的物理規(guī)律和探究的物理結(jié)論去求解問題．
紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．