Question

12．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)如圖1采用重物自由下落的方法：

（1）實(shí)驗(yàn)中，下面哪些測量工具是必需的？C．
A．天平      B．直流電源      C．刻度尺    D．秒表
（2）實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的主要原因是C
A．選用的重錘質(zhì)量過大
B．?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤
C．空氣對重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對紙帶的阻力
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不夠細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確
（3）實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，所用重物的質(zhì)量為1.00kg，實(shí)驗(yàn)中得到一點(diǎn)跡清晰的紙帶（如圖2），把第一點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C、D到0點(diǎn)的距離分別為62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可知重物由0運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)．
重力勢能的減小量等于7.62J，動(dòng)能的增加量等于7.56J．（本題中計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 1、首先明確實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理方法，確定實(shí)驗(yàn)需要測量的物理量，則可進(jìn)一步知道實(shí)驗(yàn)所需要的器材．
2、重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢能不可能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這是誤差的主要來源．
3、紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度．從而求出動(dòng)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）A、由于驗(yàn)證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平，故A錯(cuò)誤；
B、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要連接的是交流電源，因此不需要直流電源，故B錯(cuò)誤．
C、同時(shí)實(shí)驗(yàn)中需要測量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，所以需要刻度尺．故C正確．
D、在該實(shí)驗(yàn)中，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不需要秒表，故D錯(cuò)誤．
（2）在該實(shí)驗(yàn)中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘減小的重力勢能總是稍稍大于重錘動(dòng)能的增加量；若重錘減小的重力勢能總是大于重錘動(dòng)能的增加量，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實(shí)驗(yàn)過程的步驟中，沒有檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔是否在同一條豎直線上，也會(huì)導(dǎo)致摩擦力太大；故C正確，ABD錯(cuò)誤．
故選：C．
（3）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{{t}_{BD}}$=≈3.89m/s
△E_k=E_kC=$\frac{1}{2}$mv_C²=7.56J
故答案為：（1）C；（2）C；（3）7.62；7.56．

點(diǎn)評 要知道重物帶動(dòng)紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒，熟練應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題；重物帶動(dòng)紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動(dòng)能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．