Question

17．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示：

（1）做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)步驟有：
A．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓交流電源上
B．將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
C．松開紙帶、接通電源
D．更換紙帶，重復(fù)幾次，選用點(diǎn)跡清晰且第1、2兩點(diǎn)間距為2mm的紙帶
E．用天平稱出物體的質(zhì)量，利用mgh=$\frac{1}{2}$mv²定律在上述實(shí)驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是B和C；多余的是E．
（2）下列物理量中，需要通過計(jì)算得到的有D．
A．重錘的質(zhì)量              B．重錘下落時(shí)間
C．重錘下落的高度          D．與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度
（3）某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，剩下了一段紙帶上的各個(gè)點(diǎn)間的距離，他測(cè)出的結(jié)果如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz．試?yán)�用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點(diǎn)時(shí)機(jī)械能守恒．
①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)2、5兩點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度v₂=1.50m/s，v₅=2.08m/s（保留三位有效數(shù)字）；
②重錘通過2、5兩點(diǎn)的過程中，設(shè)重錘的質(zhì)量為m，重錘重力勢(shì)能減小量△E_P=1.08mJ，重錘動(dòng)能增加量△E_k=1.04mJ（保留三位有效數(shù)字）．
③造成此實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因是摩擦力、空氣阻力．
（4）利用此套實(shí)驗(yàn)裝置，還可以完成哪些實(shí)驗(yàn)或者說還可以測(cè)出哪些物理量：重力加速度；重力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系等．

Answer 1

分析 （1）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)；
（2）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
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）B．將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量遠(yuǎn)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故B錯(cuò)誤；
C、應(yīng)該先接通電源后釋放紙帶，故C錯(cuò)誤；
E、該實(shí)驗(yàn)中比較mgh和$\frac{1}{2}$mv²大小關(guān)系，因此不需要天平測(cè)質(zhì)量，故E步驟不需要，是多余的．
（2）該實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量，即mgh=$\frac{1}{2}$mv²，所以要測(cè)量下落的高度，以及重錘的瞬時(shí)速度，對(duì)于質(zhì)量不需要測(cè)量，那么需要通過計(jì)算得到的瞬時(shí)速度，而時(shí)間與高度通過紙帶點(diǎn)來讀出，
故選：D；
（3）①2點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于13段的平均速度，則v₂=$\frac{0.028+0.032}{0.04}$=1.50m/s
5點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于46段的平均速度，則v₅=$\frac{0.040+0.043}{0.04}$=2.08m/s
②從點(diǎn)2到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中重力勢(shì)能減少量是△E_p=mg△h=1×9.8×（0.032+0.036+0.04）J=1.06J
此過程中物體動(dòng)能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$m₅²-$\frac{1}{2}$mv₂²=1.03J
③數(shù)值上△E_p＞△E_k，是因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過程中受到摩擦阻力做負(fù)功損耗能量；
（4）利用此套實(shí)驗(yàn)裝置，還可以完成測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)，或者說還可以測(cè)出重力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系；故答案為：
（1）BC、E； （2）BD；  （3）①1.50，2.08；②1.08m，1.04m，③摩擦力、空氣阻力；
（4）重力加速度；重力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系等．

點(diǎn)評(píng) 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、所測(cè)數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果．
運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢(shì)能的定義式解決問題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問題，同時(shí)對(duì)于字母的運(yùn)算要細(xì)心點(diǎn)．