Question

16．如圖1為“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重物、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)．回答下列問(wèn)題：

（1）為完成實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有BC．（填入正確選項(xiàng)前的字母）
A．秒表   B．刻度尺   C.0-6v交流電源    D.0-6v的直流電源
（2）實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)有紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦阻力、刻度尺測(cè)量下落高度時(shí)有誤差．（寫(xiě)出兩個(gè)原因）
（3）若已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz、當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g=9.8m/s²，重物質(zhì)量為100g，試驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖2所示，其中O為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為另外三個(gè)連續(xù)點(diǎn)，由圖中數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)到B點(diǎn)重力勢(shì)能減少量△E_P=0.762J，動(dòng)能增量△E_K=0.759J，得出的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的機(jī)械能守恒．（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
（2）只要涉及到數(shù)據(jù)的測(cè)量就有一定有偶然誤差產(chǎn)生，同時(shí)該實(shí)驗(yàn)中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此會(huì)有誤差產(chǎn)生；
（3）紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢(shì)能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間，故不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該與交流電源連接，需要刻度尺測(cè)量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，故AD錯(cuò)誤，BC正確．
故選BC．
（2）只要涉及到數(shù)據(jù)的測(cè)量就有一定有偶然誤差產(chǎn)生，同時(shí)該實(shí)驗(yàn)中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此會(huì)有誤差產(chǎn)生，故產(chǎn)生誤差的原因可能有：紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦阻力，刻度尺測(cè)量下落高度時(shí)有誤差．
故答案為：紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦阻力，刻度尺測(cè)量下落高度時(shí)有誤差．
（3）重力勢(shì)能的減小量等于重力所做功，故可知重物由0點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)重力勢(shì)能減少量△E_P=mgh=0.1×0.776×9.8=0.762J；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.8576-0.7018}{2×0.02}$=3.895m/s
動(dòng)能增量為：
△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}$×0.1×3.895²=0.759J
由計(jì)算可知，動(dòng)能的增量和重力勢(shì)能的減小量基本相等，故在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）BC；（2）紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦阻力，刻度尺測(cè)量下落高度時(shí)有誤差；（3）0.762，0.759，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評(píng) 明確實(shí)驗(yàn)原理，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢(shì)能的定義式解決問(wèn)題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問(wèn)題；要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．