Question

17．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，實驗裝置如圖甲所示：

（1）做“驗證機械能守恒定律”的實驗步驟有：
A．把打點計時器固定在鐵架臺上，并用導(dǎo)線將打點計時器接在低壓交流電源上
B．將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量靠近打點計時器
C．松開紙帶、接通電源
D．更換紙帶，重復(fù)幾次，選用點跡清晰且第1、2兩點間距為2mm的紙帶
E．用天平稱出物體的質(zhì)量，利用mgh=$\frac{1}{2}$mv²定律在上述實驗步驟中錯誤的是B和C；多余的是E．
（2）下列物理量中，需要通過計算得到的有D．
A．重錘的質(zhì)量              B．重錘下落時間
C．重錘下落的高度          D．與重錘下落高度對應(yīng)的重錘的瞬時速度
（3）某同學(xué)做“驗證機械能守恒定律”實驗，不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，剩下了一段紙帶上的各個點間的距離，他測出的結(jié)果如圖乙所示，已知打點計時器工作頻率為50Hz．試?yán)�用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒．
①打點計時器打下計數(shù)點2、5兩點時，重錘下落的速度v₂=1.50m/s，v₅=2.08m/s（保留三位有效數(shù)字）；
②重錘通過2、5兩點的過程中，設(shè)重錘的質(zhì)量為m，重錘重力勢能減小量△E_P=1.08mJ，重錘動能增加量△E_k=1.04mJ（保留三位有效數(shù)字）．
③造成此實驗誤差的主要原因是摩擦力、空氣阻力．
（4）利用此套實驗裝置，還可以完成哪些實驗或者說還可以測出哪些物理量：重力加速度；重力做功與動能變化的關(guān)系等．

Answer 1

分析 （1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項；
（2）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．
紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）B．將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量遠(yuǎn)離打點計時器，故B錯誤；
C、應(yīng)該先接通電源后釋放紙帶，故C錯誤；
E、該實驗中比較mgh和$\frac{1}{2}$mv²大小關(guān)系，因此不需要天平測質(zhì)量，故E步驟不需要，是多余的．
（2）該實驗要驗證重力勢能的減少量等于動能的增加量，即mgh=$\frac{1}{2}$mv²，所以要測量下落的高度，以及重錘的瞬時速度，對于質(zhì)量不需要測量，那么需要通過計算得到的瞬時速度，而時間與高度通過紙帶點來讀出，
故選：D；
（3）①2點的瞬時速度等于13段的平均速度，則v₂=$\frac{0.028+0.032}{0.04}$=1.50m/s
5點的瞬時速度等于46段的平均速度，則v₅=$\frac{0.040+0.043}{0.04}$=2.08m/s
②從點2到打下計數(shù)點5的過程中重力勢能減少量是△E_p=mg△h=1×9.8×（0.032+0.036+0.04）J=1.06J
此過程中物體動能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$m₅²-$\frac{1}{2}$mv₂²=1.03J
③數(shù)值上△E_p＞△E_k，是因為在運動過程中受到摩擦阻力做負(fù)功損耗能量；
（4）利用此套實驗裝置，還可以完成測重力加速度實驗，或者說還可以測出重力做功與動能變化的關(guān)系；故答案為：
（1）BC、E； （2）BD；  （3）①1.50，2.08；②1.08m，1.04m，③摩擦力、空氣阻力；
（4）重力加速度；重力做功與動能變化的關(guān)系等．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實驗器材、實驗步驟、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果．
運用運動學(xué)公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題，同時對于字母的運算要細(xì)心點．