Question

15．用如圖①所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律
（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A．用天平測量出重錘的質(zhì)量；
B．松開懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
C．測量打出的紙帶行某些點(diǎn)之間的距離；
D．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．其中操作錯誤的步驟是B，其正確步驟應(yīng)該是先開電源再放紙帶．
（2）某同學(xué)用正確的實驗操作，得到如圖②所示的紙帶，測出點(diǎn)A、C間的距離為14.77，點(diǎn)C、E間的距離為 16.33cm．已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?.8m/s²，重錘的質(zhì)量為m=1.0kg，則重錘在下落過程中受到的平均阻力F₁=0.05N．

（3）某同學(xué)上交的實驗報告顯示重錘的動能略大于重錘的勢能，則下列原因中可能是BC
A．重錘的質(zhì)量測量發(fā)生錯誤
B．該同學(xué)編造了實驗數(shù)據(jù)
C．交流電源的頻率不等于50Hz
D．重錘下落受到的阻力過大．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗原理與操作步驟一一分析：①驗證：mgh與$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的關(guān)系，m約掉了，不需要測量m；②先接通電源后釋放紙帶；③取點(diǎn)跡清晰的幾個點(diǎn)，算出一個瞬時速度即可；④應(yīng)讓重物從靠近打點(diǎn)計時器處釋放⑤不能根據(jù)h=$\frac{1}{2}$gt²求出物體運(yùn)動重力加速度，而應(yīng)該查找當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?br />（2）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出加速度的大小，通過牛頓第二定律求出阻力的大小

解答 解：（1）實驗中若松開夾子的同時打開電源，則在打點(diǎn)計時器打點(diǎn)時，紙帶已經(jīng)下落了一段時間；不是從零開始的自由落體運(yùn)動；故應(yīng)先開電源，待穩(wěn)定后再放紙帶；
（2）由運(yùn)動學(xué)公式可得：加速度$a=\frac{△x}{（2T）^{2}}$，
代入數(shù)據(jù)得：$a=\frac{△x}{{（2T）}^{2}}=\frac{16.33-14.77}{4×0.02×2}cm/{s}^{2}=975cm{/}^{2}=9.75$m/s²
根據(jù)牛頓第二定律得，mg-f=ma，
解得f=mg-ma=1×（9.8-9.75）N=0.05N．
（3）實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，說明測量的物體的速度偏大或者是物體的重力勢能偏小，
A、由重錘下落過程中mgh=$\frac{1}{2}$mv²可知，重錘的質(zhì)量與實驗的數(shù)據(jù)無關(guān)，所以重錘的質(zhì)量測量錯誤不會影響實驗的數(shù)據(jù)，故A錯誤；
B、該同學(xué)若自編了實驗數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，故B正確；
C、交流電源的頻率不等于50H_Z．此時點(diǎn)之間的時間間隔不是0.02s，所以此時的測量的速度可能會大于真實的數(shù)值，導(dǎo)致重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，故C正確；
D、重錘下落時受到的阻力過大，會使物體的速度減小，不會使物體的動能變大，故D錯誤；
故選：BC．
故答案為：（1）B；先開電源，再放紙帶；（2）0.05N，（3）BC

點(diǎn)評 紙帶問題的處理是力學(xué)實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度和加速度，從而進(jìn)一步根據(jù)物理規(guī)律得出實驗結(jié)論．