Question

15．用如圖①所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量；
B．松開懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
C．測(cè)量打出的紙帶行某些點(diǎn)之間的距離；
D．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能．其中操作錯(cuò)誤的步驟是B，其正確步驟應(yīng)該是先開電源再放紙帶．
（2）某同學(xué)用正確的實(shí)驗(yàn)操作，得到如圖②所示的紙帶，測(cè)出點(diǎn)A、C間的距離為14.77，點(diǎn)C、E間的距離為 16.33cm．已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?.8m/s²，重錘的質(zhì)量為m=1.0kg，則重錘在下落過(guò)程中受到的平均阻力F₁=0.05N．

（3）某同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘的動(dòng)能略大于重錘的勢(shì)能，則下列原因中可能是BC
A．重錘的質(zhì)量測(cè)量發(fā)生錯(cuò)誤
B．該同學(xué)編造了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
C．交流電源的頻率不等于50Hz
D．重錘下落受到的阻力過(guò)大．

Answer 1

分析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與操作步驟一一分析：①驗(yàn)證：mgh與$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的關(guān)系，m約掉了，不需要測(cè)量m；②先接通電源后釋放紙帶；③取點(diǎn)跡清晰的幾個(gè)點(diǎn)，算出一個(gè)瞬時(shí)速度即可；④應(yīng)讓重物從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處釋放⑤不能根據(jù)h=$\frac{1}{2}$gt²求出物體運(yùn)動(dòng)重力加速度，而應(yīng)該查找當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?br />（2）根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量求出加速度的大小，通過(guò)牛頓第二定律求出阻力的大小

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中若松開夾子的同時(shí)打開電源，則在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，紙帶已經(jīng)下落了一段時(shí)間；不是從零開始的自由落體運(yùn)動(dòng)；故應(yīng)先開電源，待穩(wěn)定后再放紙帶；
（2）由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得：加速度$a=\frac{△x}{（2T）^{2}}$，
代入數(shù)據(jù)得：$a=\frac{△x}{{（2T）}^{2}}=\frac{16.33-14.77}{4×0.02×2}cm/{s}^{2}=975cm{/}^{2}=9.75$m/s²
根據(jù)牛頓第二定律得，mg-f=ma，
解得f=mg-ma=1×（9.8-9.75）N=0.05N．
（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能，說(shuō)明測(cè)量的物體的速度偏大或者是物體的重力勢(shì)能偏小，
A、由重錘下落過(guò)程中mgh=$\frac{1}{2}$mv²可知，重錘的質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)，所以重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，故A錯(cuò)誤；
B、該同學(xué)若自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能，故B正確；
C、交流電源的頻率不等于50H_Z．此時(shí)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔不是0.02s，所以此時(shí)的測(cè)量的速度可能會(huì)大于真實(shí)的數(shù)值，導(dǎo)致重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能，故C正確；
D、重錘下落時(shí)受到的阻力過(guò)大，會(huì)使物體的速度減小，不會(huì)使物體的動(dòng)能變大，故D錯(cuò)誤；
故選：BC．
故答案為：（1）B；先開電源，再放紙帶；（2）0.05N，（3）BC

點(diǎn)評(píng) 紙帶問(wèn)題的處理是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的問(wèn)題．我們可以紙帶法實(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)速度和加速度，從而進(jìn)一步根據(jù)物理規(guī)律得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．