Question

12．小明利用如圖1裝置用于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．將電磁鐵固定在鐵架臺(tái)上，一塊長(zhǎng)度為d的小鐵片受到電磁鐵的吸引靜止于A點(diǎn)，將光電門(mén)固定在A的正下方B處．調(diào)整光電門(mén)位置，可改變小鐵片下落高度h．記錄小鐵片每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較小鐵片在釋放點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的勢(shì)能變化大小△E_p與動(dòng)能變化大小△E_k，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒．取v=$\fracwr4acut{t}$作為小鐵片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)速度．d為小鐵片長(zhǎng)度，t為小鐵片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間，可由計(jì)時(shí)器測(cè)出．
 
（1）用△E_k=$\frac{1}{2}$mv²計(jì)算小鐵片動(dòng)能變化的大小，用刻度尺測(cè)量小鐵片長(zhǎng)度d，示數(shù)如圖2所示，其讀數(shù)為1.50cm．某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0150s，則小鐵片通過(guò)光電門(mén)時(shí)速度為v₁=1.0m/s．
（2）v₁相比小鐵片中心通過(guò)光電門(mén)時(shí)速度v₂偏小（選填偏大，偏�。�
（3）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)的△E_p與△E_k不完全相等．小明分析原因如下：
①空氣阻力；
②小鐵片通過(guò)光電門(mén)時(shí)中間時(shí)刻和中間位置速度不相等；
③長(zhǎng)度d值的測(cè)量
以上原因?qū)儆谙到y(tǒng)誤差的是①②．（選填序號(hào)）．

Answer 1

分析 刻度尺的讀數(shù)需讀到最小刻度的下一位．根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度求出小鐵片通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度．
根據(jù)平均速度推論分析中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度和中間位置的瞬時(shí)速度大小關(guān)系．
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理，知道誤差產(chǎn)生的原因，確定哪些誤差屬于系統(tǒng)誤差．

解答 解：（1）刻度尺的讀數(shù)為1.50cm．小鐵片通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度${v}_{1}=\fracy654azi{{t}_{1}}=\frac{1.50×1{0}^{-2}}{0.015}m/s=1.0m/s$、
（2）根據(jù)平均速度的推論知，v₁為小鐵片通過(guò)光電門(mén)時(shí)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，小于小鐵片中心通過(guò)光電門(mén)的速度，所以v₁相比小鐵片中心通過(guò)光電門(mén)時(shí)速度v₂偏�。�
（3）空氣阻力、小鐵片通過(guò)光電門(mén)時(shí)中間時(shí)刻和中間位置的速度不等，該誤差無(wú)法避免，只能減小，屬于系統(tǒng)誤差，故選：①②．
故答案為：（1）1.50，1.0，（2）偏小，（3）①②．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，知道極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度，知道實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源，難度不大．