Question

18．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，實驗裝置如圖1所示：

（1）做“驗證機械能守恒定律”的實驗步驟有：
A．把打點計時器固定在鐵架臺上，并用導線將打點計時器接在交流電源上
B．將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量靠近打點計器
C．松開紙帶、接通電源
D．更換紙帶，反復幾次，選用點跡清晰且第1、2兩點間距為2mm的紙帶
E．用天平稱出物體的質(zhì)量，利用mgh=$\frac{1}{2}$mv²驗證機械能守恒定律
在上述實驗步驟中錯誤的是B和C；多余的是E．
（2）某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗，不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，剩下了一段紙帶上的各個點間的距離，他測出的結果如圖2紙帶所示，已知打點計時器工作頻率為50Hz，重力加速度g=9.8m/s²．試利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒．
①打點計時器打下計數(shù)點2、5兩點時，重錘下落的速度v₂=1.50m/s，v₅2.08m/s（保持三位有效數(shù)字）；
②重錘通過2、5兩點的過程，設重錘的質(zhì)量為m，重錘重力勢能減小量△Ep=1.06J，重錘動能增加量△E_K1.04J（保留三位有效數(shù)字）．
③造成此實驗誤差的主要原因是存在阻力．
（3）利用此套實驗裝置，還可以完成哪些實驗或者說還可以測出哪些物體量：測量重力加速度；驗證動能定理；．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗原理與操作步驟一一分析：①驗證：mgh與$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的關系，m約掉了，不需要測量m；②先接通電源后釋放紙帶
（2）根據(jù)平均速度公式求解速度，再求出動能的增加量和重力勢能的減小量；并分析誤差原因；同時注意本裝置所能完成的實驗．

解答 解：（1）根據(jù)實驗原理與操作步驟一一分析：
應讓重物從靠近打點計時器處釋放，以提高紙帶的使用率．故B錯誤；
在實驗時應先開電源，再松紙帶；故C錯誤；
驗證：mgh與$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的關系，m約掉了，不需要測量m所以E多余；
（2）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，有2點的瞬時速度等于13段的平均速度，則：
${v}_{2}=\frac{{x}_{13}}{2T}=\frac{（2.80+3.20）cm}{2×0.02s}=1.50m/s$
5點的瞬時速度等于46段的平均速度，則：
${v}_{5}=\frac{{x}_{46}}{2T}=\frac{（4.00+4.32）cm}{2×0.02s}=2.08m/s$=2.08m/s
此過程中物體動能的增加量：
△E_k=$\frac{1}{2}m{v}_{5}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}$=1.04J
從點2到打下計數(shù)點5的過程中重力勢能減少量是：
△E_p=mg△h=1×9.8×（0.032+0.036+0.04）J=1.06J
明顯可以看出減小的重力勢能大于增加的動能；原因是存在阻力；
（3）利用本實驗裝置可以用來測量重力加速度；同時還可以驗證動能定理；
故答案為：（1）BCE；（2）①1.50；2.08；②1.06；1.04；存在阻力；③測量重力加速度；驗證動能定理；

點評 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(guī)問題，對于字母的運算要細心點，同時注意單位的換算和有效數(shù)字的保留問題．