Question

8．用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中，
①運用公式$\frac{1}{2}$mv²=mgh對實驗條件的要求是在打第一個點時，重錘恰好由靜止開始下落，為此，所選擇的紙帶第1、2點間的距離應接近2mm．
②若實驗中所用重錘的質量m=1kg，打點紙帶如圖所示（OA間有點未標出，O為起點），打點時間間隔為0.02s，則記錄B點時，重錘的速度v_B=0.59m/s，重錘的動能E_k=0.17J（保留小數點后兩位），從開始下落起至B點重錘的重力勢能的減小量是0.18J，（g取10m/s²，保留小數點后兩位），由此可得出結論．

③根據紙帶算出相關各點的速度v，量出下落的距離h，則以h為橫軸畫出的圖象應是下圖中的哪個C

Answer 1

分析 本題應從實驗原理、紙帶的選擇、實驗步驟、實驗數據處理這幾點去分析．
本實驗是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律，紙帶勻變速直線運動時，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瞬時速度和加速度，從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．根據$\frac{{v}^{2}}{2}$-h的表達式，從數學的角度分析圖象．

解答 解：①運用公式$\frac{1}{2}$mv²=mgh時，對紙帶上起點的要求是重錘是從初速度為零開始．
打點計時器的打點頻率為50 Hz，打點周期為0.02s，重物開始下落后，
由h=$\frac{1}{2}$gT²=×9.8×0.02² m≈2 mm得，
在第一個打點周期內重物下落的高度所以所選的紙帶最初兩點間的距離接近2mm．
②利用勻變速直線運動的推論v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0314-0.0078}{2×0.02}$m/s=0.59m/s，
重錘的動能E_KB=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}$×1×0.59²J=0.17J
從開始下落至B點，重錘的重力勢能減少量△E_p=mgh=1×10×0.176J=0.18J．
得出的結論是在誤差允許范圍內，重物下落的機械能守恒．
③物體自由下落過程中，由機械能守恒可以得出：
  mgh=$\frac{1}{2}$mv²，即$\frac{1}{2}$v²=gh
所以以$\frac{1}{2}$v²為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應是過原點的傾斜直線，也就是圖中的C．
故選：C．
故答案為：①在打第一個點時，重錘恰好由靜止開始下落，2mm；
②0.59m/s，0.17J，0.18J；③C．

點評 本題關鍵從實驗原理出發(fā)，分析紙帶的選擇，數據處理，并能得出結論．利用圖象問題結合數學知識處理物理數據是實驗研究常用的方法．我們更多的研究直線圖形，找出其直線的斜率和截距．