Question

15．在驗證“機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中，一同學(xué)進(jìn)行如下操作：
①將打點(diǎn)計時器水平固定在鐵架臺上
②將長約0.5m的紙帶用小夾子固定在重物上后穿過打點(diǎn)計時器．用手提著紙帶，使重物靜止在靠近打點(diǎn)計時器的地方
③先松開紙帶，后接通電源，讓重物自由下落，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)
④換幾條紙帶，重做上面的實(shí)驗
⑤在打出的紙帶中挑選第一、二兩點(diǎn)間距接近2mm，且點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行測量，先記下O點(diǎn)的位置，依次再取四個計數(shù)點(diǎn)A、B、C、D．求出相應(yīng)位置對應(yīng)的速度及其下落的高度
⑥將測量數(shù)據(jù)及計算結(jié)果填入自己設(shè)計的表格中
⑦根據(jù)以上測得的數(shù)據(jù)計算相應(yīng)的$\frac{1}{2}$v²和gh_n的值．驗證機(jī)械能守恒定律

Ⅰ．以上操作有錯誤的是①③；
Ⅱ．實(shí)驗中選出一條紙帶如圖所示，其中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A、B、C、D為四個計數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計時器所選用電源是頻率為50Hz的交流電，用最小刻度為1mm的刻度尺，測得OA=11.13m，OB=17.69m，OC=25.9m．這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)據(jù)要求的是OC，在計數(shù)點(diǎn)A和B之間，B和C之間各還有一個點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為m=1.5kg，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當(dāng)打點(diǎn)到B點(diǎn)時重錘的重力勢能比開始下落時減少了2.60J，這時它的動能是2.56J．（g=9.8m/s²）
Ⅲ．實(shí)驗中往往出現(xiàn)重錘的重力勢能減少量大于動能的增加量，其主要原因是空氣阻力，振針與紙帶間阻力．

Answer 1

分析 （Ⅰ）解決實(shí)驗問題首先要掌握該實(shí)驗原理，了解實(shí)驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．實(shí)驗時打點(diǎn)計時器應(yīng)豎直地固定在鐵架臺上，應(yīng)先接通電源讓打點(diǎn)計時器打點(diǎn)穩(wěn)定后松開紙帶讓重物下落．
（Ⅱ）根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．紙帶實(shí)驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度．從而求出動能．
（Ⅲ）重力勢能減少量大于動能的增加量，說明產(chǎn)生了內(nèi)能，存在摩擦阻力．

解答 解：（Ⅰ）以上操作有錯誤的是：
①打點(diǎn)計時器應(yīng)豎直地固定在鐵架臺上，以減小紙帶與打點(diǎn)計時器間的摩擦．
③實(shí)驗時應(yīng)先接通電源讓打點(diǎn)計時器打點(diǎn)穩(wěn)定，后松開紙帶讓重物下落．
（Ⅱ）最小刻度為mm，讀數(shù)要有估計值，所以要估讀一位，所以25.9cm不符合要求，應(yīng)寫成25.90cm；
當(dāng)打點(diǎn)到B點(diǎn)時重錘的重力勢能比開始下落時減少：
△E_p=mgh_OB=1.5×9.8×17.69×10^-2J=2.60J．
在勻變速直線運(yùn)動中，時間中點(diǎn)的瞬時速度等于該過程中的平均速度，則得打B點(diǎn)時物體的速度為：
v_B=$\frac{{h}_{AC}}{4T}$=$\frac{（25.90-11.13）×1{0}^{-2}}{4×0.02}$m/s=1.846m/s，
動能為：E_kB=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}$×1.5×1.846²J=2.56J
（3）實(shí)驗中往往出現(xiàn)重錘的重力勢能減少量大于動能的增加量，其主要原因是空氣阻力、振針與紙帶間的阻力．
故答案為：
（Ⅰ）①③；
（Ⅱ）OC，2.60J，2.56J；
（Ⅲ）實(shí)驗中存在阻力，如：空氣阻力，振針與紙帶間阻力．

點(diǎn)評 正確解答實(shí)驗問題的前提是明確實(shí)驗原理，從實(shí)驗原理出發(fā)進(jìn)行分析實(shí)驗中應(yīng)注意的問題，本實(shí)驗利用勻變速直線運(yùn)動的推論求瞬時速度，要能理解并熟練應(yīng)用．