Question

4．某同學(xué)想利用如圖（a）所示的裝置來(lái)驗(yàn)證由小車A與重物B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．
（1）現(xiàn)提供如下器材：
A．小車    B．重物    C．一端帶滑輪的長(zhǎng)木板  D．細(xì)繩    E．電火花計(jì)時(shí)器    F．紙帶
G．毫米刻度尺    H．低壓交流電源   I．220V交流電源   J．6V蓄電池    K．天平
實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是HJ（填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母）．
（2）對(duì)重物B質(zhì)量的選擇要求是A（填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母）．
A．質(zhì)量大一些       B．質(zhì)量小一些
（3）主要實(shí)驗(yàn)步驟：
A．用天平分別測(cè)出小車及重物的質(zhì)量為M、m
B．按圖安裝好裝置：將帶滑輪的平板水平放置，掛重物后，細(xì)繩須與木板平行
C．將小車?yán)�至靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源，釋放小車
D．取下紙帶，并重復(fù)多次，得到幾條打點(diǎn)紙帶．選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中有一重大疏漏，請(qǐng)指出并改正：應(yīng)平衡摩擦力．
（4）數(shù)據(jù)處理
將改正實(shí)驗(yàn)疏漏后得到的紙帶，去掉前面比較密集的點(diǎn)，選擇點(diǎn)跡清晰且便于測(cè)量的連續(xù)點(diǎn)0-6，測(cè)出各點(diǎn)間距離如圖（b）所示，已知電火花計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)，要驗(yàn)證在第l點(diǎn)與第5點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能相等，則系統(tǒng)的動(dòng)能增加量△E_k=$\frac{1}{8{T}^{2}}（M+m）（（mezg5lb_{6}-omxvzgz_{4}）^{2}-qwfzfgr_{2}^{2}）$，重力勢(shì)能的減小量△E_p=mg（d₅-d₁），如果在誤差允許的范圍內(nèi)△E_k=△E_p，則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．

（5）如圖（c）所示是課本上提供的實(shí)驗(yàn)方案，比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，你認(rèn)為圖c所對(duì)應(yīng)的方案更合理（填“a”或“c”），理由是a圖對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案中還受到細(xì)線與滑輪間阻力影響．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理確定需要的器材．
（2）對(duì)重物B質(zhì)量的選擇要求是質(zhì)量大一些、體積小一些．
（3）有摩擦力存在，影響驗(yàn)證機(jī)械能守恒，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先平衡摩擦力．
（4）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)速度求出瞬時(shí)速度的大小，結(jié)合下降的高度得出系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量，通過(guò)瞬時(shí)速度求出系統(tǒng)動(dòng)能的增加量；
（5）根據(jù)機(jī)械能守恒定律的條件，即可求解．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)使用的是電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是220V的交流電源，則不需要低壓交流電源以及6V的蓄電池．故選HJ．
（2）重物應(yīng)選擇質(zhì)量大一些，體積小一些的重錘，故選A．
（3）由于摩擦力影響驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先平衡摩擦力．
（4）第l點(diǎn)與第5點(diǎn)內(nèi)，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量為mg（d₅-d₁），
1點(diǎn)的瞬時(shí)速度v₁=$\frac{qlbmuuq_{2}}{2T}$，5點(diǎn)的瞬時(shí)速度v₂=$\frac{580d6u9_{6}-b9fbsu4_{4}}{2T}$，
則系統(tǒng)動(dòng)能的增加量△E_k=$\frac{1}{8{T}^{2}}$ （M+m）[（d₆-d₄）²-d₂²]，
重力勢(shì)能的減小量△E_p=mg（d₅-d₁）；
（5）當(dāng)只有重力做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能才守恒，
因此比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，我認(rèn)為圖C，方案合理，
原因是：a圖對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案中還受到細(xì)線與滑輪間阻力影響；
故答案為：（1）HJ；（2）A；（3）應(yīng)平衡摩擦力；（4）$\frac{1}{8{T}^{2}}（M+m）（（it0oy5l_{6}-52dv4we_{4}）^{2}-hjvcyws_{2}^{2}）$，mg（d₅-d₁）；
（5）c，a圖對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案中還受到細(xì)線與滑輪間阻力影響．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度和加速度的大�。�