Question

10．在利用重錘下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm的紙帶．
C、操作時(shí)應(yīng)先放紙帶再通電．
D、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為220V的直流電源上．
（2）如圖2是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?nbsp;g=9.80m/s²，測(cè)得所用重物的質(zhì)量為1.00kg，紙帶上第0、1兩點(diǎn)間距離接近2mm，A、B、C、D是連續(xù)打出的四個(gè)點(diǎn)，它們到0點(diǎn)的距離如圖所示．則由圖中數(shù)據(jù)可知，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)C時(shí)，物體的速度V_C=3.90m/s；重物由0點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，重力勢(shì)能的減少量等于7.62J，動(dòng)能的增加量等于7.61J（取三位有效數(shù)字）．
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增量總小于（選填“大于”、“等于”或“小于”）重力勢(shì)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．?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤
C．空氣對(duì)重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不夠細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確

Answer 1

分析 （1）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
（2）紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能；
（3）重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢(shì)能不可能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這是誤差的主要來源．

解答 解：（1）A、因?yàn)槲覀兪潜容^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(cuò)誤；
B、在選擇紙帶時(shí)，要求點(diǎn)跡清晰，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)公式，h=$\frac{1}{2}$gt²可知，若開始一、二兩點(diǎn)間的距離為2mm，則所打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)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(shí)驗(yàn)方便，故B正確；
C、開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，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(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故C錯(cuò)誤；
D、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源是4～6V的交流電源，故D錯(cuò)誤．
（2）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：BD之間的平均速度等于C點(diǎn)的瞬時(shí)速度，得：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.8578-0.7018}{2×0.02}$=3.90m/s
從打下計(jì)數(shù)點(diǎn)O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)C的過程中，重錘重力勢(shì)能減小量△E_P=mgh=mgx_C=1×9.8×0.7776J=7.62J
動(dòng)能的增加量：△E_K=$\frac{1}{2}$mv_C²=7.61J
動(dòng)能增量小于重力勢(shì)能的減少量的原因主要是重物下落時(shí)受到空氣阻力和打點(diǎn)針與紙帶間的阻力作用，一部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（3）在該實(shí)驗(yàn)中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘動(dòng)能的增加量總是稍稍小于減小的重力勢(shì)能；若重錘動(dòng)能的增加量總是小于重錘減小的重力勢(shì)能，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實(shí)驗(yàn)過程的步驟中，沒有檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔是否在同一條豎直線上，也會(huì)導(dǎo)致摩擦力太大；故C正確，ABD錯(cuò)誤．
故選：C．
故答案為：（1）B； （2）3.90，7.62，7.61；  （3）小于，C．

點(diǎn)評(píng) 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)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測(cè)數(shù)據(jù)、誤差分析等，會(huì)起到事半功倍的效果；并運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢(shì)能的定義式解決問題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問題．