19.某同學(xué)做《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)時(shí),采用如圖1所示的重物自由下落的方法進(jìn)行:

(1)有下列器材可供選擇:電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵架臺(tái)(帶鐵架)、帶鐵夾的重物、復(fù)寫紙、紙帶、低壓直流電源、導(dǎo)線、天平,其中不必要的器材是天平; 缺少的器材是毫米刻度尺.
(2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的順序是AEBDCF(填寫步驟前面的字母)
A.將打點(diǎn)(或電火花)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上
B.接通電源,再松開(kāi)紙帶,讓重物自由下落
C.選取一條理想紙帶,用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1、h2、h3…h(huán)n,并計(jì)算出相應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…vn
D.關(guān)閉電源,取下紙帶,再換一條新紙帶,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟
E.將紙帶固定在重物上,讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,用手提著紙帶,使重錘靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.
F.分別計(jì)算出$\frac{1}{2}$mvn2與mghn,在誤差允許范圍內(nèi),看是否相等
(3)已知實(shí)驗(yàn)所用的電源頻率為50Hz,所用的重物的質(zhì)量為m=2kg,某同學(xué)打出一條紙帶如圖2所示,圖中的O點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中打出的第一個(gè)點(diǎn),A、B、C、D分別是每?jī)蓚(gè)點(diǎn)取出的記數(shù)點(diǎn)(即A、B及B、C間各有一個(gè)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)).經(jīng)測(cè)量可知A、B、C三點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為:12.6cm、20.5cm、28.6cm.可得重物的下落到B點(diǎn)時(shí),速度達(dá)到VB=2m/s,由此還可求得重物在由O點(diǎn)落到B點(diǎn)的過(guò)程中,其重力勢(shì)能的減少量為△Ep=4.1J.(最后結(jié)果取兩位有效數(shù)字).在處理數(shù)據(jù)時(shí),沒(méi)其他操作上的失誤,一般會(huì)有$\frac{1}{2}$mvn2<mghn(填“>”,”<”,”=”).請(qǐng)寫出產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的原因:物體在下落中克服摩擦力做功,有重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
(4)在處理數(shù)據(jù)時(shí),還可以用圖象法,如果以$\frac{{v}^{2}}{2}$為縱軸,以h為橫軸.如果實(shí)驗(yàn)操作正確,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線,才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,其斜率等于重力加速度的數(shù)值.

分析 (1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)的原理出發(fā),確定所需測(cè)量的物理量,從而確定所需的器材,以及不必要的器材.
(2)通過(guò)組裝器材、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的順序?qū)?shí)驗(yàn)的步驟進(jìn)行排序.
(3)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,從而求出動(dòng)能.根據(jù)功能關(guān)系得重力勢(shì)能減小量等于重力做功的數(shù)值.

解答 解:(1)該實(shí)驗(yàn)中,要有做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體重錘;通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間,不需要秒表,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要的是交流電源,因此低壓直流電源不需要,缺少低壓交流電源,由于驗(yàn)證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉,因此不需要天平,同時(shí)實(shí)驗(yàn)中缺少刻度尺.
(2)按照實(shí)驗(yàn)操作的步驟順序:安裝在鐵架臺(tái),安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(A),將重物固定在紙帶的一端,讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(E),打點(diǎn)(B) 重復(fù)(D)選紙帶(C),數(shù)據(jù)處理(F).故步驟為:AEBDCF
(3)打點(diǎn)周期T0=0.02s,兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離為0.04s;根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度有:
vB=$\frac{0.286-0.126}{2×0.04}$=2m/s;
重錘下落到B點(diǎn)時(shí)增加的動(dòng)能為△Ek=$\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}$×2×22=4J;
減小的重力勢(shì)能等于重力所做功大小,因此有:△Ep=mgh=2×10×20.5×10-2=4.1J
說(shuō)明得到的動(dòng)能小于減小的重力勢(shì)能;原因是物體在下落中克服摩擦力做功,有重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;
(4)利用$\frac{{v}^{2}}{2}$-h圖線處理數(shù)據(jù),如果mgh=$\frac{1}{2}$mv2那么圖線應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的直線,斜率就等于重力加速度g.
故答案為:(1)天平;毫米刻度尺;(2)AEBDCF;(3)2;4.1;<;物體在下落中克服摩擦力做功,有重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;(4)過(guò)原點(diǎn)的直線;重力加速度g.

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn),要注意理解實(shí)驗(yàn)原理,明確數(shù)據(jù)的處理;在學(xué)習(xí)中要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng).

練習(xí)冊(cè)系列答案
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