Question

18．如圖1為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h．某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案．
A．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過(guò)v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度；
B．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過(guò)v=$\sqrt{2gh}$計(jì)算出瞬時(shí)速度；
C．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過(guò)h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計(jì)算出高度h；
D．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v．
以上方案中只有一種正確，正確的是D．（填入相應(yīng)的字母）
（2）某同學(xué)按照正確操作選的紙帶如圖2所示，其中O是起始點(diǎn)，A、B、C、D、E是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的5個(gè)點(diǎn)，打點(diǎn)頻率為50Hz，該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中（單位：cm），重錘的質(zhì)量為m=0.1kg，重力加速度g=9.80m/s²．根據(jù)以上數(shù)據(jù)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到D點(diǎn)時(shí)，重物重力勢(shì)能的減少量為0.190J，動(dòng)能的增加量為0.186J．（要求計(jì)算數(shù)值保留三位有效數(shù)字）．
（3）實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的主要原因①下落過(guò)程中存在阻力，②長(zhǎng)度的測(cè)量（數(shù)據(jù)的測(cè)量）．（寫出兩個(gè)）

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)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)．
（1）該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槲覀冎�道自由落體運(yùn)動(dòng)只受重力，機(jī)械能就守恒．如果把重物看成自由落體運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗(yàn)證呢．
（2）根據(jù)平均速度等于瞬時(shí)速度求出D點(diǎn)的速度，根據(jù)動(dòng)能、勢(shì)能的公式求出重力勢(shì)能的減少量和動(dòng)能的增加量；
（3）測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)存在誤差，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在空氣阻力；

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槲覀冎�道自由落體運(yùn)動(dòng)只受重力，機(jī)械能就守恒．如果把重物看成自由落體運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗(yàn)證呢．
其中ABC三項(xiàng)都是運(yùn)用了自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解的，故ABC錯(cuò)誤．
故選：D．
（2）${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{2T}=\frac{0.2347-0.1574}{0.04}m/s$=1.925m/s
所以力勢(shì)能的減少量△E_P=mgh=0.190；
動(dòng)能的增加量為△E_K=$\frac{1}{2}{{mv}_{D}}^{2}$=0.186
（3）在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，由于各種因素，可能造成實(shí)驗(yàn)存在誤差，其中可能的原因有：①下落過(guò)程中存在阻力作用；②長(zhǎng)度的測(cè)量時(shí)存在誤差；
故答案為：（1）D；（2）0.190，0.186；（3）①下落過(guò)程中存在阻力，②長(zhǎng)度的測(cè)量（數(shù)據(jù)的測(cè)量）

點(diǎn)評(píng) 在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理再去掌握實(shí)驗(yàn)的器材、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等．