Question

16．某小組通過如下操作探究“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程中機械能守恒”．

①將兩段帶槽軌道連接在一起，抬起軌道的一端大約5cm，并在它下面墊一木塊，如圖所示．確保裝置的穩(wěn)固性，使一個小鋼球得以平滑地滾過兩段軌道的連接處；
②測得軌道水平部分的長度為1m；
③在傾斜軌道上某點釋放小球，測量釋放高度（相對水平軌道）；當它到達軌道水平段時，啟動秒表，到達終點時，停下秒表．記錄這段時間，計算小球在水平軌道上的速率，將所有數(shù)據(jù)計算處理，記入下表．
④把所墊木塊分別移動到傾斜軌道的$\frac{1}{2}$處、$\frac{1}{3}$處，使軌道傾斜角度增大，重復(fù)步驟③，分別得到2、3兩組數(shù)據(jù)．
⑤把木塊移動到傾斜軌道的$\frac{1}{2}$處，不斷改變釋放位置，重復(fù)步驟③，得到第4次及以后各組實驗數(shù)據(jù)．

試驗次數(shù)	釋放高度h（m）	時間t/（s）	v2
1	0.05	1.03	0.94
2	0.05	1.02	0.96
3	0.05	1.02	0.96
4	0.01	2.20	0.20
5	0.02	1.70
6	0.03	1.30	0.59
7	0.04	1.14	0.77
8	…

請回答下列問題：
（1）請根據(jù)測量計算第5次實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中v²=0.35m²/s²；
（2）寫出該小組同學設(shè)計前三次實驗的目的是探究動能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否與斜面傾角有關(guān)；
（3）本實驗中可能產(chǎn)生誤差的原因（至少寫出兩條）長度測量，時間測量
（3）摩擦阻力，時間測量，空氣阻力，長度測量等．（只要合理即可得分）

Answer 1

分析 研究小球水平段的運動，根據(jù)運動時間與速度的關(guān)系求解第5次實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)．前三次釋放的高度是相等的，由此得出與高度有關(guān)；根據(jù)實驗的數(shù)據(jù)處于的方法和測量、讀數(shù)的方法判定產(chǎn)生誤差的可能的原因．

解答 解：由實驗的目的“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程中機械能守恒”可知，該實驗中，小球在軌道是運動的過程受到的摩擦力可以忽略不計，小球在傾斜的高低上下滑的過程中機械能守恒，而在水平軌道是小球做勻速直線運動．
（1）研究小球水平段的運動，小球做勻速運動，所以小球通過水平軌道的速度：$v=\frac{l}{t}$，所以：${v}_{5}=\frac{x}{{t}_{5}}=\frac{1}{1.70}$，${v}_{5}^{2}=（\frac{1}{1.70}）^{2}=0.346$m²/s²≈0.35m²/s²；
（2）前3次的實驗過程中，保持小球釋放點的高度不變，若能夠滿足：$gh=\frac{1}{2}{v}^{2}$，就可以說明物體在下滑的過程中獲得的動能僅僅與下滑的高度有關(guān)，與斜面的夾角無關(guān)．所以該小組同學設(shè)計前三次實驗的目的應(yīng)該是：探究動能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否與斜面傾角有關(guān)．
（3）該實驗的目的“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程中機械能守恒”，即：$gh=\frac{1}{2}{v}^{2}$=$\frac{1}{2}•\frac{{L}^{2}}{{t}^{2}}$，所以需要測量的物理量有物體下滑的高度和小球滑過水平軌道的時間；
所以誤差產(chǎn)生的原因可能與長度的測量以及時間的測量有關(guān)．另外，在小球運動的過程中可能會受到摩擦阻力，以及空氣的阻力．
故答案為：（1）0.35；（2）探究動能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否與斜面傾角有關(guān)；（3）長度測量，時間測量，摩擦阻力，空氣阻力等．

點評 探究“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程中機械能守恒”的實驗中，其實驗的目的即驗證：$gh=\frac{1}{2}{v}^{2}$，理解實驗的目的，即可由實驗的器材設(shè)計實驗的方法與步驟．