Question

18．如圖1為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．
（1）實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h．某班同學利用實驗得到的紙帶，設計了以下四種測量方案．
A．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v=gt計算出瞬時速度；
B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v=$\sqrt{2gh}$計算出瞬時速度；
C．根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計算出高度h；
D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v．
以上方案中只有一種正確，正確的是D．（填入相應的字母）
（2）某同學按照正確操作選的紙帶如圖2所示，其中O是起始點，A、B、C、D、E是打點計時器連續(xù)打下的5個點，打點頻率為50Hz，該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C、D、E各點的距離，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)當打點計時器打到D點時，重物重力勢能的減少量為0.190J，動能的增加量為0.186J．（要求計算數(shù)值保留三位有效數(shù)字）．
（3）實驗中誤差產(chǎn)生的主要原因①下落過程中存在阻力，②長度的測量（數(shù)據(jù)的測量）．（寫出兩個）

Answer 1

分析 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．
（1）該實驗是驗證機械能守恒定律的實驗．因為我們知道自由落體運動只受重力，機械能就守恒．如果把重物看成自由落體運動，再運用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗證呢．
（2）根據(jù)平均速度等于瞬時速度求出D點的速度，根據(jù)動能、勢能的公式求出重力勢能的減少量和動能的增加量；
（3）測量長度時存在誤差，運動過程中存在空氣阻力；

解答 解：（1）該實驗是驗證機械能守恒定律的實驗．因為我們知道自由落體運動只受重力，機械能就守恒．如果把重物看成自由落體運動，再運用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗證呢．
其中ABC三項都是運用了自由落體的運動規(guī)律求解的，故ABC錯誤．
故選：D．
（2）${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{2T}=\frac{0.2347-0.1574}{0.04}m/s$=1.925m/s
所以力勢能的減少量△E_P=mgh=0.190；
動能的增加量為△E_K=$\frac{1}{2}{{mv}_{D}}^{2}$=0.186
（3）在實驗的過程中，由于各種因素，可能造成實驗存在誤差，其中可能的原因有：①下落過程中存在阻力作用；②長度的測量時存在誤差；
故答案為：（1）D；（2）0.190，0.186；（3）①下落過程中存在阻力，②長度的測量（數(shù)據(jù)的測量）

點評 在學習實驗時，應先明確實驗原理，根據(jù)實驗的原理再去掌握實驗的器材、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等．