Question

8．如圖1所示是用重錘做自由落體運(yùn)動(dòng)來“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，下列措施可行的是BC（填寫代號(hào)）
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(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在豎直平面內(nèi)
D．應(yīng)先放手讓重錘拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，再通電讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作
（2）某同學(xué)選取了一條紙帶進(jìn)行測(cè)量研究，他舍去了這條紙帶上前面比較密集的點(diǎn)，對(duì)后面間距較大的且相鄰的六個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了如圖2所示的測(cè)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，則要驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式為8gT²x₂=x₃²-x₁²（用x₁、x₂、x₃、T、g表示）；
（3）某同學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)重物重力勢(shì)能的減少量△E_p略大于動(dòng)能的增加量△E_k，本實(shí)驗(yàn)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(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)，清楚該實(shí)驗(yàn)的誤差來源．
（2）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，求得打計(jì)數(shù)點(diǎn)2、5時(shí)重物的速度，再求動(dòng)能的增加量為△E_k，根據(jù)重力勢(shì)能變化量△E_P=mgh．
（3）明確實(shí)驗(yàn)原理，從而確定實(shí)驗(yàn)中誤差的來源．

解答 解：（1）A、如果體積較大而質(zhì)量較小，空氣阻力較大，實(shí)驗(yàn)誤差大，故A錯(cuò)誤；
B、實(shí)驗(yàn)供選擇的重物應(yīng)該相對(duì)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(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在豎直平面內(nèi)時(shí)，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(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，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(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差．故D錯(cuò)誤．
故選BC．
（2）選擇2、5兩點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，有：
v₂=$\frac{{x}_{1}}{2T}$
v₅=$\frac{{x}_{3}}{2T}$
動(dòng)能的增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$mv₅²-$\frac{1}{2}$mv₂²
從計(jì)數(shù)點(diǎn)1至計(jì)數(shù)點(diǎn)5兩點(diǎn)間重力勢(shì)能的減少量為：△E_P=mgh=mgx₂．
需要驗(yàn)證的表達(dá)式為：△E_k=△E_p，即：8gT²x₂=x₃²-x₁²．
（3）由于紙帶通過限位孔時(shí)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(shì)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(shì)能的減小量大于動(dòng)能的增加量．
故答案為：（1）BC；（2）8gT²x₂=x₃²-x₁²；（3）重錘下落過程中存在著阻力作用．

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，解答實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)原理，熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點(diǎn)在平時(shí)訓(xùn)練中要重點(diǎn)加強(qiáng)．同時(shí)要注意掌握機(jī)械能守恒定律的基本內(nèi)容，并明確實(shí)驗(yàn)誤差的原因．