Question

20．如圖1為利用重物自由下落驗證機械能守恒定律的實驗裝置．
（1）在實驗中，需直接測量的物理量是重錘下落的高度h，間接測量的物理量是重錘運動的速度v．
（2）在實驗中，打點計時器所接交流電頻率為50Hz，當?shù)刂亓�加速度g=9.80m/s²．實驗選用重錘質量為m=1kg，從所打紙帶中選擇一條合適的紙帶，如果確定O點是重錘開始下落的第1點，則此紙帶第1、2點間的距離應接近2mm．
（3）實驗中重物增加的動能往往小于（填“大于”、“等于”或“小于”）它所減少的勢能，產生這種情況的主要原因是存在摩擦阻力．
（4）根據紙帶算出相關各點的速度v，量出下落的距離h，則以h為橫軸，$\frac{{v}^{2}}{2}$為縱軸，畫出的圖象應是圖2中的哪個C．

Answer 1

分析 驗證機械能守恒定律，在實驗中驗證重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，結合原理確定直接測量的物理量和間接測量的物理量．
由于存在阻力，重力勢能的減小量轉化為動能的增加量和內能，所以重力勢能的減小量略大于動能的增加量．
由于要驗證mgh=$\frac{1}{2}$mv²，故$\frac{1}{2}$v²=gh，圖象為傾斜的直線．

解答 解：（1）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，直接測量的有：用刻度尺測量重錘下落的高度h，通過計算間接測量得到的有與重錘下落高度對應的重錘瞬時速度v．
（2）根據h=$\frac{1}{2}$gt²=$\frac{1}{2}×9.8{×（0.02）}^{2}$≈2mm，可知，紙帶上的第1、2點距離應接近2mm．
（3）由于下落的過程中，存在摩擦阻力，往往會導至增加的動能小于減小的勢能．
（4）該實驗原理為驗證$\frac{1}{2}$mv²=mgh，即驗證$\frac{1}{2}$v²=gh，以$\frac{1}{2}$v²為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應是直線；
故選：C
故答案為：（1）重錘下落的高度h、重錘運動的速度v；
（2）2 mm；
（3）小于、存在摩擦阻力；
（4）C．

點評 本題主要考查了“驗證機械能守恒定律”的實驗的原理，要求同學們了解其實驗儀器及實驗過程，實驗原理是實驗的核心，根據原理作圖象、分析誤差、選擇器材、安排實驗步驟等等．圖象往往從數(shù)學角度理解物理意義．