Question

18．如圖甲所示是用重錘做自由落體運動來“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置．

（1）為了減小實驗誤差，下列措施可行的是BC；
A．重錘選用體積較大且質(zhì)量較小的     B．重錘選用體積較小且質(zhì)量較大的
C．打點計時器應(yīng)固定在豎直平面內(nèi)     D．應(yīng)先放開重錘，再通電讓打點計時器工作
（2）某同學(xué)選取了一條紙帶進行測量研究．他舍去了這條紙帶上前面比較密集的點，對后面間距較大的且相鄰的六個點進行了如圖乙所示的測量．已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g，使用的交變電源周期為T=0.02s，重錘為0.4Kg，重錘在第2點的動能E_K=0.450J，第2點到第5點重物重力勢能的減少量△E_p=0.412J．（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）
（3）某同學(xué)實驗計算結(jié)果時發(fā)現(xiàn)重物重力勢能的減少量△E_p略大于動能的增加量△E_k，本實驗中引起誤差的主要原因是重錘下落過程中存在著阻力作用．

Answer 1

分析 （1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，清楚該實驗的誤差來源．
（2）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，求得打計數(shù)點2、5時重物的速度，再求動能的增加量為△E_k，根據(jù)重力勢能變化量△E_P=mgh．
（3）根據(jù)下落過程中，因受到阻力作用，導(dǎo)致減小的重力勢能不能完全轉(zhuǎn)化為動能．

解答 解：（1）A、如果體積較大而質(zhì)量較小，空氣阻力較大，實驗誤差大，故A錯誤；
B、實驗供選擇的重物應(yīng)該相對質(zhì)量較大、體積較小的物體，這樣能減少摩擦阻力的影響，故B正確．
C、當(dāng)打點計時器固定在豎直平面內(nèi)時，紙帶才能被重物帶著豎直下落，減小摩擦，故C正確；
D、開始記錄時，應(yīng)先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差．故D錯誤．
故選：BC．
（2）選擇2、5兩點進行驗證，根據(jù)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，有：
v₂=$\frac{{x}_{1}}{2T}$=$\frac{6×1{0}^{-2}}{2×0.02}$ m/s=1.5m/s；
則第2點的動能為：E_k2=$\frac{1}{2}$m${v}_{2}^{2}$=$\frac{1}{2}$×0.4×1.5²=0.450J；
第2點到第5點重物重力勢能的減少量△E_p=mgh=0.4×9.8×0.1050=0.412J；
（3）由于紙帶通過限位孔時不可避免的受到阻力作用，以及重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢能的減小量大于動能的增加量．
因此為：重錘下落過程中存在著阻力作用．
故答案為：（1）BC；（2）0.450J，0.412J；（3）重錘下落過程中存在著阻力作用．

點評 解答實驗問題的關(guān)鍵是明確實驗原理，熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓(xùn)練中要重點加強，掌握求得動能的增加與重力減小量的方法，則注意單位的統(tǒng)一．