Question

10．在利用重錘下落驗證機械能守恒定律的實驗中：
（1）下面敘述正確的是B
A、應(yīng)該用天平稱出物體的質(zhì)量．
B、應(yīng)該選用點跡清晰，第一、二兩點間的距離接近2mm的紙帶．
C、操作時應(yīng)先放紙帶再通電．
D、電磁打點計時器應(yīng)接在電壓為220V的直流電源上．
（2）如圖2是實驗中得到的一條紙帶．已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當?shù)氐闹亓�加速�?nbsp;g=9.80m/s²，測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg，紙帶上第0、1兩點間距離接近2mm，A、B、C、D是連續(xù)打出的四個點，它們到0點的距離如圖所示．則由圖中數(shù)據(jù)可知，打點計時器打下計數(shù)點C時，物體的速度V_C=3.90m/s；重物由0點運動到C點的過程中，重力勢能的減少量等于7.62J，動能的增加量等于7.61J（取三位有效數(shù)字）．
（3）實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)動能增量總小于（選填“大于”、“等于”或“小于”）重力勢能的減少量；造成這種現(xiàn)象的主要原因是C
A．選用的重錘質(zhì)量過大
B．數(shù)據(jù)處理時出現(xiàn)計算錯誤
C．空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力
D．實驗時操作不夠細，實驗數(shù)據(jù)測量不準確

Answer 1

分析 （1）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．
（2）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，從而求出動能；
（3）重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢能不可能全部轉(zhuǎn)化為動能，這是誤差的主要來源．

解答 解：（1）A、因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故A錯誤；
B、在選擇紙帶時，要求點跡清晰，根據(jù)自由落體運動公式，h=$\frac{1}{2}$gt²可知，若開始一、二兩點間的距離為2mm，則所打第一個點時的速度為零，這樣只需比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系即可，實驗方便，故B正確；
C、開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，故C錯誤；
D、電磁打點計時器的工作電源是4～6V的交流電源，故D錯誤．
（2）利用勻變速直線運動的推論：BD之間的平均速度等于C點的瞬時速度，得：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.8578-0.7018}{2×0.02}$=3.90m/s
從打下計數(shù)點O到打下計數(shù)點C的過程中，重錘重力勢能減小量△E_P=mgh=mgx_C=1×9.8×0.7776J=7.62J
動能的增加量：△E_K=$\frac{1}{2}$mv_C²=7.61J
動能增量小于重力勢能的減少量的原因主要是重物下落時受到空氣阻力和打點針與紙帶間的阻力作用，一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（3）在該實驗中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘動能的增加量總是稍稍小于減小的重力勢能；若重錘動能的增加量總是小于重錘減小的重力勢能，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實驗過程的步驟中，沒有檢查打點計時器的兩個限位孔是否在同一條豎直線上，也會導(dǎo)致摩擦力太大；故C正確，ABD錯誤．
故選：C．
故答案為：（1）B； （2）3.90，7.62，7.61；  （3）小于，C．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、所測數(shù)據(jù)、誤差分析等，會起到事半功倍的效果；并運用運動學(xué)公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題．