Question

【題目】利用圖1裝置做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗。

(1)除打點計時器含紙帶、復(fù)寫紙、交流電源、鐵架臺、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的器材中，必須使用的還有______。選填器材前的字母

A.大小合適的鐵質(zhì)重錘體積較大的木質(zhì)重錘刻度尺 游標(biāo)卡尺 秒表

(2)圖2是實驗中得到的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為、、重錘質(zhì)量用m表示，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度�?/span>g，打點計時器打點的周期為從打下O點到打下B點的過程中，重錘重力勢能的減少量______，動能的增加量______。

(3)實驗結(jié)果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，關(guān)于這個誤差下列說法正確是______。

A.該誤差屬于偶然誤差

B.該誤差屬于系統(tǒng)誤差

C.可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差

D.可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差

(4)在實驗過程中，下列實驗操作和數(shù)據(jù)處理正確的是______。

A.釋放重錘前，使紙帶保持豎直

B.做實驗時，先接通打點計時器的電源，再釋放重錘

C.為測量打點計時器打下某點時重錘的速度v，可測量該點到O點的距離h，再根據(jù)公式計算，其中g應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?/span>

D.用刻度尺測量某點到O點的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的減少量，其中g應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?/span>

(5)某同學(xué)在紙帶上選取計數(shù)點后，測量它們到起始點O的距離h，并計算出打相應(yīng)計數(shù)點時重錘的速度v，通過描繪圖象去研究機(jī)械能是否守恒。若實驗中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的圖象是圖3中的哪一個______。

(6)他進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差。為此設(shè)計出用如圖4所示的實驗裝置來驗證機(jī)械能守恒定律。通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器圖中未畫出記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出AB之間的距離h，用游標(biāo)卡尺測得小鐵球的直徑d。重力加速度為g。實驗前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束。小鐵球通過光電門時的瞬時速度______。如果d、t、h、g存在關(guān)系式______，也可驗證機(jī)械能守恒定律。

(7)比較兩個方案，改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是：______。

Answer 1

【答案】AC ； BD ABD A 阻力減小，系統(tǒng)誤差大幅減小

【解析】

(1)實驗要用到重錘來使紙帶向下做勻加速運動，相同質(zhì)量的鐵錘體積較小，空氣阻力較小，實驗誤差較��；測量紙帶上點與點之間的距離來得到下落距離時，一般采用刻度尺，不需要使用到游標(biāo)卡尺這樣的精度；由打點計時器即可得到點之間的時間間隔，不需要計時器秒表。故答案為AC。

(2)從打下O點到打下B點的過程中，重錘下落高度為，重錘重力勢能的減少量

由A、B、C到起始點的距離和時間間隔可知：從A到C的平均速度為B點的瞬時速度，則B點的瞬時速度；那么，從打下O點到打下B點的過程中，重錘動能的增加量

(3) 分析實驗過程可知：空氣阻力、摩擦阻力在實驗過程做負(fù)功，則重力勢能的減少量總是略大于動能的增加量；而這個實驗結(jié)果是由設(shè)計方案決定的，這類誤差屬于系統(tǒng)誤差，不能通過多次重復(fù)實驗取平均值來減小，只能改變實驗方案，減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差。故AC兩項錯誤，BD兩項正確。

(4)A：釋放重錘前，使紙帶保持豎直可以減少摩擦。故A項正確。

B：做實驗時，先接通打點計時器的電源，再釋放重錘；打點計時器先啟動，可以保證紙帶上的速度從零開始，紙帶上的點較多，可選用的點也較多，多組數(shù)據(jù)處理可減少實驗誤差。故B項正確。

C：據(jù)來計算速度屬于利用機(jī)械能守恒來驗證機(jī)械能守恒，故C項錯誤。

D：用刻度尺測量某點到O點的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的減少量，其中g應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?/span>。故D項正確。

(5) 設(shè)阻力為，因阻力大小保持不變，由動能定理可得：，即，則圖線是過原點的直線。故A項正確，BCD三項錯誤。

(6)小球通過光電門的時間極短，可認(rèn)為小球球心通過光電門的速度

小球下落的高度為，由機(jī)械能守恒可得：；即由可驗證機(jī)械能守恒定律。

(7)改進(jìn)方案后，紙帶受到的摩擦消除，小球受到的阻力大幅減小，系統(tǒng)誤差大幅度減少。