Question

10．在探究重錘重力勢能的減少與它動能增加的關(guān)系的實驗中，質(zhì)量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點，如圖所示，相鄰記數(shù)點時間間隔為0.02s，長度單位是cm，g取9.8m/s²．求：

（1）以下步驟中僅是實驗中的一部分，在這些步驟中多余的有AE（填代號）．
（A）用天平稱出重錘的質(zhì)量．
（B）把打點計時器固定在鐵架臺上，并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來．
（C）把紙帶的一端固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重錘提升到一定的高度．
（D）接通電源，釋放紙帶．
（E）用秒表測出重錘下落的時間．
（2）從點O到打下記數(shù)點B的過程中，物體重力勢能的減小量△E_P=0.49J，動能的增加量△E_K=0.48J（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
（3）即使在實驗操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實驗求得的△E_P也一定略大于△E_K，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．

Answer 1

分析 （1）利用該實驗的實驗步驟和實驗原理分析即可．（2）紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度；根據(jù)速度大小可以求出動能．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．（3）由于紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢能的減小量明顯大于動能的增加量．

解答 解：（1）A、由于重力勢能和動能都有質(zhì)量，可以消掉，實驗不需要用天平稱出質(zhì)量，故A多余；
B、應(yīng)把打點計時器固定在鐵架臺上，并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來，故B需要；
C、把紙帶的一端固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重錘提升到一定的高度，便于實驗操作，故C需要；
D、先接通電源，再放開紙帶，故D需要；
E、由于打點計時器是計時儀器，所以不需要秒表，故E多余；
本題選多余的，故選：AE．
（2）物體重力勢能減小量△E_P=mgh=1×9.8×0.05J=0.49J
中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度來求B的速度大小：v_B=$\frac{{s}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0702-0.031}{0.04}$m/s=0.98m/s
動能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=0.48J
（3）由于紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢能的減小量明顯大于動能的增加量．
故答案為：（1）AE；（2）0.49；0.48；（3）紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、實驗步驟、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果．