Question

19．利用自由落體來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行操作：
（1）請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤：
①重錘應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，
②打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源．
（2）若按照正確的操作選得紙帶如圖4．其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)．用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中．（已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，重錘質(zhì)量為m=1kg，計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

①圖中的三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是OC段的讀數(shù)，應(yīng)記作15.70cm；
②該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，則求得該過(guò)程中重錘的動(dòng)能增加量△E_k=1.20J，重力勢(shì)能的減少量△E_p=1.22J．這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使△E_k＜△E_p（選填“＞”“＜”或“=”），產(chǎn)生誤差的主要原因是存在空氣阻力和摩擦阻力．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理以及注意事項(xiàng)確定實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤的操作之處．
（2）根據(jù)有效數(shù)字的保留確定不符合的是哪一段讀數(shù)．
根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中操作的錯(cuò)誤之處：①重錘應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，②打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源．
（2）①圖中的三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是OC段讀數(shù)，應(yīng)記作15.70cm．
②9.51cm=0.0951m，15.70cm=0.1570m，
B點(diǎn)的瞬時(shí)速度為：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.1570-0.0951}{0.04}$m/s=1.55m/s，
則動(dòng)能的增加量為：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.5{5}^{2}$≈1.20J，
重力勢(shì)能的減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.1242J≈1.22J．
可知△E_k＜△E_p，產(chǎn)生誤差的主要原因是存在空氣阻力和摩擦阻力．
故答案為：（1）①重錘應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，②打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源；（2）①OC，15.70，②1.20，1.22，＜，存在空氣阻力和摩擦阻力．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理和注意事項(xiàng)，掌握紙帶的處理方法，會(huì)根據(jù)紙帶求解瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，會(huì)根據(jù)下降的高度求解重力勢(shì)能的減小量．