Question

16．如圖1為“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、導(dǎo)線、開關(guān)．回答下列問題：

（1）為完成實驗，除了所給的器材，還需要的器材有BC．（填入正確選項前的字母）
A．秒表   B．刻度尺   C.0-6v交流電源    D.0-6v的直流電源
（2）實驗中誤差產(chǎn)有紙帶與打點計時器之間有摩擦阻力、刻度尺測量下落高度時有誤差．（寫出兩個原因）
（3）若已知打點計時器的電源頻率為50Hz、當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g=9.8m/s²，重物質(zhì)量為100g，試驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖2所示，其中O為第一個點，A、B、C為另外三個連續(xù)點，由圖中數(shù)據(jù)，可知重物由O點到B點重力勢能減少量△E_P=0.762J，動能增量△E_K=0.759J，得出的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的機(jī)械能守恒．（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

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．
（2）只要涉及到數(shù)據(jù)的測量就有一定有偶然誤差產(chǎn)生，同時該實驗中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此會有誤差產(chǎn)生；
（3）紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點時紙帶運(yùn)動的瞬時速度，從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）通過打點計時器計算時間，故不需要秒表，打點計時器應(yīng)該與交流電源連接，需要刻度尺測量紙帶上兩點間的距離，故AD錯誤，BC正確．
故選BC．
（2）只要涉及到數(shù)據(jù)的測量就有一定有偶然誤差產(chǎn)生，同時該實驗中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此會有誤差產(chǎn)生，故產(chǎn)生誤差的原因可能有：紙帶與打點計時器之間有摩擦阻力，刻度尺測量下落高度時有誤差．
故答案為：紙帶與打點計時器之間有摩擦阻力，刻度尺測量下落高度時有誤差．
（3）重力勢能的減小量等于重力所做功，故可知重物由0點運(yùn)動到B點重力勢能減少量△E_P=mgh=0.1×0.776×9.8=0.762J；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中，時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.8576-0.7018}{2×0.02}$=3.895m/s
動能增量為：
△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}$×0.1×3.895²=0.759J
由計算可知，動能的增量和重力勢能的減小量基本相等，故在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）BC；（2）紙帶與打點計時器之間有摩擦阻力，刻度尺測量下落高度時有誤差；（3）0.762，0.759，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的機(jī)械能守恒．

點評 明確實驗原理，運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題；要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．