Question

2．某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律，實驗裝置如圖1所示，打點計時器的電源為50Hz的交流電．

（1）下列實驗操作中，不正確的是CD．
A．將銅管豎直地固定在限位孔的正下方
B．紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面
C．用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落
D．在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源
（2）該同學(xué)按正確的步驟進行實驗（記為“實驗①”），將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標(biāo)為1，2，…，8，用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖2所示．
計算相鄰計時點間的平均速度$\bar v$，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入表，請將表中的數(shù)據(jù)補充完整．

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
$\bar v$（cm/s）	24.5	33.8	37.8		39.5	39.8	39.8	39.8

（3）分析如表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是逐漸增大到39.8cm/s；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是逐漸增大到等于重力．
（4）該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實驗操作（記為“實驗②”），結(jié)果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同，請問實驗②是為了說明什么？對比實驗①和②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？

Answer 1

分析 （1）小磁鐵豎直下落，做的是直線運動，根據(jù)打點計時器的使用方法可以判斷選項的結(jié)果；
（2）根據(jù)相鄰計時點間的平均速度$\overline{v}$，粗略地表示各計數(shù)點的速度，來計算4點的瞬時速度的大��；
（3）根據(jù)磁鐵速度的變化情況可以得出變化的情況情況，分析速度變化的原因；
（4）塑料管不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與銅管中運動的情況對比明顯．

解答 解：（1）A、小磁鐵豎直下落，穿過銅管，所以銅管要豎直地固定在限位孔的正下方，所以A正確；
B、紙帶要穿過限位孔，并且壓在復(fù)寫紙下面，所以B正確；
C、手應(yīng)該拉住紙帶，而不是捏緊磁鐵，所以C錯誤；
D、應(yīng)該先接通打點計時器的電源，在讓磁鐵下落，所以D錯誤；
本題選錯誤的，故選：CD．
（2）因每隔一個點取一個計數(shù)點；故兩計數(shù)點間的時間間隔為0.04s； 打下4點的速度等于3、5之間的平均速度，所以v₄=$\frac{5.60-2.53}{0.08}$cm/s≈39.0cm/s
（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是逐漸增大到39.8cm/s，之后勻速運動，說明磁鐵受到的阻尼作用是逐漸增大，最后等于重力的大�。�
（4）磁鐵在塑料管中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，不受阻尼作用的影響，對比實驗①和②可知，磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用．
故答案為：（1）CD
（2）39.0
（3）逐漸增大到39.8cm/s；逐漸增大到等于重力
（4）為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用； 說明磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用

點評 本題通過實驗考查對紙帶運動情況的分析以及對電磁感應(yīng)現(xiàn)象理解，要能根據(jù)紙帶的運動情況分析電磁感應(yīng)對運動情況的影響，抓住實驗的本質(zhì)即可分析本題．對于陌生實驗不用緊張，能過認(rèn)真分析明確實驗原理，再結(jié)合所學(xué)知識即可求解．