Question

7．某同學(xué)利用光電門傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)研究小物體自由下落時(shí)機(jī)械能是否守恒的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，圖中A、B兩位置分別固定了兩個(gè)光電門傳感器．實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得小物體上寬度為d 的擋光片通過(guò)A的擋光時(shí)間為t₁，通過(guò)B的擋光時(shí)間為t₂．實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的重力加速度大小為g．為了證明小物體通過(guò)A、B時(shí)的機(jī)械能相等，還需要進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)測(cè)量和列式證明．
（1）（單選）選出下列必要的實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟B
A．用天平測(cè)出運(yùn)動(dòng)小物體的質(zhì)量m
B．測(cè)出A、B兩傳感器之間的豎直距離h
C．測(cè)出小物體釋放時(shí)離桌面的高度H
D．用秒表測(cè)出運(yùn)動(dòng)小物體通過(guò)A、B兩傳感器的時(shí)間△t
（2）若該同學(xué)用d與t的比值來(lái)反映小物體經(jīng)過(guò)A、B光電門時(shí)的速度，并設(shè)想如果能滿足[（$\frac9f9fhpt{{t}_{2}}$）²-（$\fracfzhjdtn{{t}_{1}}$）²]=2gh關(guān)系式，即能證明在自由落體過(guò)程中小物體的機(jī)械能是守恒的．
（3）用此實(shí)驗(yàn)測(cè)量比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是：（寫(xiě)兩點(diǎn)）_阻力小；_{測(cè)量精確}．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约皺C(jī)械能守恒定律的表達(dá)式，可明確該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量；
（2）寫(xiě)出機(jī)械能守恒的表達(dá)式，可正確解答本題．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器自身結(jié)構(gòu)，從而確定優(yōu)點(diǎn)．

解答 解：（1）A、根據(jù)機(jī)械能守恒的表達(dá)式，可知不需要測(cè)量質(zhì)量，A錯(cuò)誤；
B、實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量從A到B過(guò)程中重力勢(shì)能的減小量，因此需要測(cè)量AB之間的距離h，故B正確；
C、測(cè)出AB之間的距離h，不需要測(cè)量小物體釋放時(shí)離桌面的高度H，故C錯(cuò)誤；
D、根據(jù)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式，可知不需要測(cè)量小物體通過(guò)A、B兩傳感器的時(shí)間△t，故D錯(cuò)誤．
故選B．
（1）本實(shí)驗(yàn)中利用小球通過(guò)光電門的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，故有：v₁=$\fracv7v7rvp{{t}_{1}}$，
v₂=$\fraclrfzb9z{{t}_{2}}$．
根據(jù)機(jī)械能守恒有：mgh=$\frac{1}{2}$m${v}_{2}^{2}$-$\frac{1}{2}$$m{v}_{1}^{2}$，即[（$\frac7hrb9rl{{t}_{2}}$）²-（$\fracxplj9fx{{t}_{1}}$）²]=2gh．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)與工作原理，可知，
通過(guò)光電門，借助于平均速度來(lái)算出瞬時(shí)速度，優(yōu)點(diǎn)是阻力更小，且測(cè)量準(zhǔn)確．
故答案為：（1）B； （2）$\frac{1}{2}$[（$\fractxztvvp{{t}_{2}}$）²-（$\fracnxnvfpj{{t}_{1}}$）²]=gh； （3）阻力�。粶y(cè)量精確．

點(diǎn)評(píng) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)方法有多種，解答的關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)原理，同時(shí)注重動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，體會(huì)實(shí)驗(yàn)步驟以及數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解．