Question

10．利用如圖1裝置做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗．
①除打點計時器（含紙帶、復(fù)寫紙）、交流電源、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的器材中，必須使用的還有AC．（選填器材前的字母）
A．大小合適的鐵質(zhì)重錘
B．體積較大的木質(zhì)重錘
C．刻度尺
D．游標(biāo)卡尺
E．秒表
②圖2是實驗中得到的一條紙帶，在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離如圖所示，重錘質(zhì)量m=1kg，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度g=9.8m/s²，打點計時器打點的周期為0.02s．從打下O點到打下B點的過程中，重錘重力勢能的減少量△E_p=0.479J，重錘動能的增加量△E_k=0.470J．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
③實驗結(jié)果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，關(guān)于這個誤差下列說法正確的是BD
A．該誤差屬于偶然誤差
B．該誤差屬于系統(tǒng)誤差
C．可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差
D．可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差
④在實驗過程中，下列實驗操作和數(shù)據(jù)處理正確的是ABD
A．釋放重錘前，應(yīng)使紙帶保持豎直
B．做實驗時，先接通打點計時器的電源，再釋放重錘
C．為測量打點計時器打下某點時重錘的速度v，可測量該點到O點的距離h，再根據(jù)公式v=$\sqrt{2gh}$計算，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?br />D．用刻度尺測量某點到O點的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的減少量，其中g(shù)應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?br />⑤某同學(xué)在紙帶上選取計數(shù)點后，測量它們到起始點O的距離h，并計算出打相應(yīng)計數(shù)點時重錘的速度v，通過描繪v²-h圖象去研究機(jī)械能是否守恒．若實驗中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v²-h圖象是圖3中的哪一個A

Answer 1

分析 ①體積要小，質(zhì)量適中的鐵球，時間通過計時器來算出，而長度較長，則需要刻度尺，游標(biāo)卡尺不行；
②由圖可讀出O到B點物體下落的高度，則可求得重力勢能的減小量；由平均速度公式可求得B點的瞬時速度，則可求得B點的動能；比較兩數(shù)據(jù)可得出結(jié)論．
③重力勢能的減少量略大于動能的增加量，屬于系統(tǒng)誤差，不可避免，但可以減小，即受到摩擦阻力越小，誤差越�。�
④在釋放重錘前，使紙帶保持豎直，再接通電源，最后釋放紙帶；瞬時速度不能通過運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)；
⑤實驗中重錘所受阻力不可忽略，可通過動能定理，得出v²-h的關(guān)系，從而確定求解．

解答 解：①要驗證鉤碼動能的增加量與重力勢能的增加量是否相等，要刻度尺測量下落的高度，從而算出瞬時速度，在紙帶處理時需刻度尺，游標(biāo)卡尺不適用．用打點計時器來算出所用時間，不需要秒表，對于重錘在下落過程中受到阻力越小越好，則為體積小，質(zhì)量適中的鐵球較好．
故選：AC．
②重力勢能減小量：△E_p=mgh_B=1×9.8×0.0489=0.479J
勻變速直線運(yùn)動中時間中點瞬時速度等于該過程中的平均速度，因此有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0702-0.0314}{2×0.02}$=0.97m/s
故動能的增量為：△E_kB=$\frac{1}{2}$mv${\;}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}×1×0.9{7}^{2}$=0.470J；
③重力勢能的減少量略大于動能的增加量，是無法避免的，屬于系統(tǒng)誤差，
當(dāng)受到的摩擦阻力越小時，則系統(tǒng)誤差越�。�而通過取平均值，只能減小偶然誤差，
故選：BD；
④AB、在實驗過程中，釋放紙帶前，紙帶在豎直，再接通電源后，最后釋放紙帶；
C、對于某點時重錘的速度v，不能通過公式v=$\sqrt{2gh}$計算，否則不是實驗的驗證，而是理論推導(dǎo)．
D、某點到O點的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的減少量，
故選：ABD．
⑤若實驗中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，
根據(jù)動能定理，則有：mgh-fh=$\frac{1}{2}$mv²；
解得：v²=（2g-$\frac{2f}{m}$）h，因此畫出v²-h圖象是A圖，
故答案為：①AC；
②0.479，0.470；     
③BD； ④ABD；
⑤A．

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握驗證機(jī)械能守恒定律的實驗原理，通過實驗原理確定所需的器材．
該題主要考查了驗證機(jī)械能守恒定律的實驗的操作步驟和運(yùn)用運(yùn)動學(xué)規(guī)律、功能關(guān)系去處理實驗數(shù)據(jù)的能力．