Question

18．如圖1在利用重錘下落驗證機械能守恒定律的實驗中：
（1）下面敘述不正確的是ACD
A、應該用天平稱出物體的質量．
B、應該選用點跡清晰第一、二兩點間的距離接近2mm的紙帶．
C、操作時應先放紙帶再通電．
D、電磁打點計時器應接在電壓為220V的直流電源上．
（2）如圖2是實驗中得到的一條紙帶．已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當地的重力加速度 g=9.80m/s²，測得所用重物的質量為1.00kg，紙帶上第0、1兩點間距離接近2mm，A、B、C、D是連續打出的四個點，它們到0點的距離如圖所示．則由圖中數據可知，打點計時器打下計數點C時，物體的速度V_C=3.90m/s；重物由0點運動到C點的過程中，重力勢能的減少量等于7.62J，動能的增加量等于7.61J（取三位有效數字）．
（3）實驗結果發現動能增量不等于重力勢能的減少量；造成這種現象的主要原因是C
A．選用的重錘質量過大
B．數據處理時出現計算錯誤
C．空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力
D．實驗時操作不夠細，實驗數據測量不準確

Answer 1

分析 （1）根據實驗的原理以及注意事項確定不正確的操作步驟．
（2）根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出C點的速度，根據下降的高度求出重力勢能的減小量，結合C點的速度求出動能的增加量．
（3）實驗中由于阻力的存在，重力勢能的減小量要略大于動能的增加量．

解答 解：（1）A、驗證機械能守恒定律，即驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，兩端都有質量，可以約去，所以不需要測量質量，故A錯誤．
B、根據$x=\frac{1}{2}g{t}^{2}=\frac{1}{2}×10×0.0{2}^{2}m=2mm$知，應該選用點跡清晰第一、二兩點間的距離接近2mm的紙帶誤差較小，故B正確．
C、實驗時應先接通電源，再釋放紙帶，故C錯誤．
D、電磁打點計時器應接在電壓為4-6V的交流電源上，故D錯誤．
本題選不正確的，故選：ACD．
（2）C點的瞬時速度${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.8578-0.7018}{0.04}m/s$=3.90m/s，重物由0點運動到C點的過程中，重力勢能的減少量等于△E_p=mgh=1×9.8×0.7776J≈7.62J，動能的增加量等于$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×1×3.9{0}^{2}$J≈7.61J．
（3）實驗結果發現動能增量不等于重力勢能的減少量；造成這種現象的主要原因是空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力．故選：C．
故答案為：（1）ACD，（2）3.90，7.62，7.61，（3）C．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發進行分析所需實驗器材、所測數據、誤差分析等，會起到事半功倍的效果；并運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規問題．