Question

“動(dòng)能定理”和“機(jī)械能守恒定律”是物理學(xué)中很重要的兩個(gè)力學(xué)方面物理規(guī)律．有一名同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置．一個(gè)電磁鐵吸住一個(gè)小鋼球，當(dāng)將電磁鐵斷電后，小球由靜止開始向下加速運(yùn)動(dòng)．小鋼球經(jīng)過光電門時(shí)，計(jì)時(shí)裝置將記錄小鋼球通過光電門所用的時(shí)間t用直尺測(cè)量出小鋼球由靜止開始下降到光電門時(shí)的高度h．
（1）這名同學(xué)為了驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，用游標(biāo)卡尺測(cè)量了小鋼球的直徑，結(jié)果如圖2所示，他記錄下來小鋼球的直徑d=

 

cm．

（2）這名同學(xué)在驗(yàn)證“動(dòng)能定理”的過程中，忽略了空氣阻力的影響，除了上述的數(shù)據(jù)之外是否需要測(cè)量小鋼球的質(zhì)量？

 

（填“需要”或“不需要”）
（3）該同學(xué)如果打算用這套裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，你覺得下面的哪些做法能提高實(shí)驗(yàn)的精度

 

A、在保證其它條件不變的情況下，減小小球的直徑
B、在保證其它條件不變的情況下，增大小球的直徑
C、在保證其它條件不變的情況下，增大小球的質(zhì)量
D、在保證其它條件不變的情況下，減小小球的質(zhì)量．

Answer 1

分析：（1）游標(biāo)卡尺先讀主尺再讀出游標(biāo)尺，游標(biāo)尺不估讀；
（2）由動(dòng)能定理表達(dá)式可知質(zhì)量會(huì)被消掉；
（3）從實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理可判定各個(gè)選項(xiàng)．

解答：解：
（1）主尺讀數(shù)為：1cm，游標(biāo)尺第0個(gè)刻度和主尺對(duì)其，精確度為0.1mm，故游標(biāo)尺讀數(shù)為0.00cm，故小鋼球的直徑為1.00cm．
（2）由動(dòng)能定理：mgh=

1

2

mv2，化簡(jiǎn)得：gh=

1

2

v2，故不需要測(cè)量小鋼球的質(zhì)量．
（3）實(shí)驗(yàn)方案為：以小球通過光電門的時(shí)間得到小球的平均速度，以此來表示瞬時(shí)速度v=

d

t

，然后驗(yàn)證：mgh=

1

2

mv2，即gh=

1

2

v2是否成立，由此驗(yàn)證機(jī)械能守恒，故：
AB、小球的直徑越小v越精確，故A正確，B錯(cuò)誤．
CD、由于實(shí)際存在阻力故：
mgh-fh=

1

2

mv2，
即：
gh-

fh

m

=

1

2

v2．
可知所以質(zhì)量越大，

fh

m

這一項(xiàng)越小，精確性越高，故C正確，D錯(cuò)誤．
故選：AC
故答案為：（1）1.00；（2）不需要；（3）AC．

點(diǎn)評(píng)：本題難點(diǎn)在于第三問，要明確實(shí)驗(yàn)的原理，綜合不考慮空氣阻力和考慮空氣阻力兩種情況，分別列動(dòng)能定理來討論．