Question

【題目】利用圖1裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。

(1)除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器含紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、交流電源、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)外，在下面的器材中，必須使用的還有______。選填器材前的字母

A.大小合適的鐵質(zhì)重錘體積較大的木質(zhì)重錘刻度尺 游標(biāo)卡尺 秒表

(2)圖2是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為、、重錘質(zhì)量用m表示，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度�?/span>g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為從打下O點(diǎn)到打下B點(diǎn)的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能的減少量______，動(dòng)能的增加量______。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是重力勢(shì)能的減少量略大于動(dòng)能的增加量，關(guān)于這個(gè)誤差下列說(shuō)法正確是______。

A.該誤差屬于偶然誤差

B.該誤差屬于系統(tǒng)誤差

C.可以通過(guò)多次測(cè)量取平均值的方法來(lái)減小該誤差

D.可以通過(guò)減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來(lái)減小該誤差

(4)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，下列實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理正確的是______。

A.釋放重錘前，使紙帶保持豎直

B.做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放重錘

C.為測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下某點(diǎn)時(shí)重錘的速度v，可測(cè)量該點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，再根據(jù)公式計(jì)算，其中g應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?/span>

D.用刻度尺測(cè)量某點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，利用公式mgh計(jì)算重力勢(shì)能的減少量，其中g應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?/span>

(5)某同學(xué)在紙帶上選取計(jì)數(shù)點(diǎn)后，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，并計(jì)算出打相應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)重錘的速度v，通過(guò)描繪圖象去研究機(jī)械能是否守恒。若實(shí)驗(yàn)中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的圖象是圖3中的哪一個(gè)______。

(6)他進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)存在較大誤差。為此設(shè)計(jì)出用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)，通過(guò)與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器圖中未畫(huà)出記錄擋光時(shí)間t，用毫米刻度尺測(cè)出AB之間的距離h，用游標(biāo)卡尺測(cè)得小鐵球的直徑d。重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門(mén)位置使小球下落過(guò)程中球心通過(guò)光電門(mén)中的激光束。小鐵球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度______。如果d、t、h、g存在關(guān)系式______，也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

(7)比較兩個(gè)方案，改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點(diǎn)是：______。

Answer 1

【答案】AC ； BD ABD A 阻力減小，系統(tǒng)誤差大幅減小

【解析】

(1)實(shí)驗(yàn)要用到重錘來(lái)使紙帶向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，相同質(zhì)量的鐵錘體積較小，空氣阻力較小，實(shí)驗(yàn)誤差較�。粶y(cè)量紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離來(lái)得到下落距離時(shí)，一般采用刻度尺，不需要使用到游標(biāo)卡尺這樣的精度；由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器即可得到點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，不需要計(jì)時(shí)器秒表。故答案為AC。

(2)從打下O點(diǎn)到打下B點(diǎn)的過(guò)程中，重錘下落高度為，重錘重力勢(shì)能的減少量

由A、B、C到起始點(diǎn)的距離和時(shí)間間隔可知：從A到C的平均速度為B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，則B點(diǎn)的瞬時(shí)速度；那么，從打下O點(diǎn)到打下B點(diǎn)的過(guò)程中，重錘動(dòng)能的增加量

(3) 分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知：空氣阻力、摩擦阻力在實(shí)驗(yàn)過(guò)程做負(fù)功，則重力勢(shì)能的減少量總是略大于動(dòng)能的增加量；而這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由設(shè)計(jì)方案決定的，這類(lèi)誤差屬于系統(tǒng)誤差，不能通過(guò)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)取平均值來(lái)減小，只能改變實(shí)驗(yàn)方案，減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來(lái)減小該誤差。故AC兩項(xiàng)錯(cuò)誤，BD兩項(xiàng)正確。

(4)A：釋放重錘前，使紙帶保持豎直可以減少摩擦。故A項(xiàng)正確。

B：做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放重錘；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器先啟動(dòng)，可以保證紙帶上的速度從零開(kāi)始，紙帶上的點(diǎn)較多，可選用的點(diǎn)也較多，多組數(shù)據(jù)處理可減少實(shí)驗(yàn)誤差。故B項(xiàng)正確。

C：據(jù)來(lái)計(jì)算速度屬于利用機(jī)械能守恒來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。

D：用刻度尺測(cè)量某點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，利用公式mgh計(jì)算重力勢(shì)能的減少量，其中g應(yīng)取當(dāng)?shù)氐闹亓�加速�?/span>。故D項(xiàng)正確。

(5) 設(shè)阻力為，因阻力大小保持不變，由動(dòng)能定理可得：，即，則圖線是過(guò)原點(diǎn)的直線。故A項(xiàng)正確，BCD三項(xiàng)錯(cuò)誤。

(6)小球通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，可認(rèn)為小球球心通過(guò)光電門(mén)的速度

小球下落的高度為，由機(jī)械能守恒可得：；即由可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

(7)改進(jìn)方案后，紙帶受到的摩擦消除，小球受到的阻力大幅減小，系統(tǒng)誤差大幅度減少。