Question

18．如圖1為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．

（1）為完成此實驗，除了圖中所示器材，還需要的器材有AD
A．刻度尺     B．秒表    C．天平    D．交流電源
（2）實驗中使用的電源頻率是50Hz，則紙帶上打出的相鄰兩點的時間間隔為0.02s．
（3）實驗時，應(yīng)使打點計時器的兩個限位孔在同一豎直線上，這樣做可以減�。ㄟx填“消除”、“減小”或“增大”）紙帶與限位孔之間的摩擦．
（4）在實際測量中，重物減少的重力勢能通常會略大于（選填“略大于”、“等于”或“略小于”）增加的動能．
（5）某同學(xué)實驗打出的紙帶如圖2所示，“0”點是打的第一個點（此刻速度為零），0、1、2、…、4為連續(xù)打下的點．各相鄰打點間的距離為S₁、S₂、…、S₄．設(shè)打點計時器的打點時間間隔為T，實驗地點的重力加速度為g．為了驗證打下“0”點到打下“3”點過程中，重錘的機械能守恒，該同學(xué)利用υ²=2gS₃計算出打下“3”點時重錘的速度υ，你贊同嗎？請寫出你的看法．（若不贊同，請寫出你的求解方法．）不贊同，應(yīng)該根據(jù)$v=\frac{{{s_3}+{s_4}}}{2T}$求解．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗需要測量的物理量確定所需的器材；
（2）打點計時器打點的時間間隔與電源的頻率互為倒數(shù)；
（3、4）紙帶與限位孔之間的摩擦是無法避免的，這樣做只能減小紙帶與限位孔之間的摩擦．實際實驗中，重錘要受到空氣阻力、紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力，故重物下落時要克服這些阻力做功，重力勢能不能全部轉(zhuǎn)化為動能；
（5）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速度．

解答 解：（1）在驗證機械能守恒定律的實驗中，需驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，因為動能和重力勢能都含有質(zhì)量，所以物體的質(zhì)量可以不測，不需要天平，打點計時器可以測量時間，不需要秒表，在實驗中需要測量速度和下落的距離，所以需要刻度尺，打點計時器需要交流電源．
故選：AD．
（2）電源的頻率為50Hz，則打點的周期為0.02s，即相鄰兩點間的時間間隔為0.02s．
（3）打點計時器的兩個限位孔如果不在在同一豎直線上．紙帶運動中就會與限位孔之間有摩擦，重物下落時要克服這個阻力做功，重力勢能不能全部轉(zhuǎn)化為動能，實驗存在誤差．紙帶與限位孔之間的摩擦是無法避免的，這樣做只能減小紙帶與限位孔之間的摩擦．
（4）實際實驗中，重錘要受到空氣阻力、紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力，故重物下落時要克服這些阻力做功，重力勢能不能全部轉(zhuǎn)化為動能，有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故重物減少的重力勢能通常會略大于增加的動能．
（5）不贊同，在驗證機械能守恒的實驗中，由于存在阻力物體實際下落的加速度小于重力加速度，所以不應(yīng)當(dāng)用重力加速度g來表示某位置的速度，
根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上3點時小車的瞬時速度大小，即$v=\frac{{s}_{3}+{s}_{4}}{2T}$．
故答案為：（1）AD；（2）0.02；（3）減小；（4）略大于；（5）不贊同，應(yīng)該根據(jù)$v=\frac{{{s_3}+{s_4}}}{2T}$求解

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，即驗證重力勢能的減小量與動能的增加量是否相等．通過實驗的原理確定實驗的器材，紙帶問題的處理時力學(xué)實驗中常見的問題，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速度．