Question

17．（1）如圖甲所示，跨過定滑輪的細(xì)線兩端系著質(zhì)量均為M的物塊A、B，A下端與通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，B上放置一質(zhì)量為m的金屬片C，固定的金屬圓環(huán)D處在B的正下方．系統(tǒng)靜止時(shí)C、D間的高度為h．先接通電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，再由靜止釋放B，系統(tǒng)開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)B穿過圓環(huán)D時(shí)C被D阻擋而停止．

①整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示，其中每相鄰兩點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz．由此可計(jì)算出C被阻擋前B的加速度大小a=4.8m/s²；B剛穿過D時(shí)的速度大小v=2.6m/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
②若用該裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則需驗(yàn)證等式$mgh=\frac{1}{2}（2M+m）{v}^{2}$是否成立．還可運(yùn)用圖象法加以驗(yàn)證，改變物塊B的釋放位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，記錄每次C、D間的高度差h，并求出B剛穿過D時(shí)的速度v，作出v²-h圖線如圖丙所示，根據(jù)圖線得出重力加速度的表達(dá)式g=$\frac{（2M+m）{{v}_{1}}^{2}}{2m{h}_{1}}$，代入數(shù)據(jù)再與當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度大小比較，判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒（均用題中物理量的字母表示）．
③在不增加實(shí)驗(yàn)器材的情況下，請(qǐng)?zhí)岢鰷p小實(shí)驗(yàn)誤差的一個(gè)辦法：適當(dāng)增加C、D間的高度差；適當(dāng)增加金屬片C的質(zhì)量；保證打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔在同一豎直線上．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量，運(yùn)用逐差法求出加速度的大小，結(jié)合勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移和時(shí)間求出B剛穿過D時(shí)的速度大小．
（2）若用該裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則需驗(yàn)證系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量是否相等．根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒得出v²-h的關(guān)系式，結(jié)合圖線求出重力加速的表達(dá)式．
（3）分析誤差原因，從而明確如何減小實(shí)驗(yàn)誤差．

解答 解：（1）根據(jù)△x=aT²，運(yùn)用逐差法得，a=$\frac{{x}_{35}-{x}_{13}}{4{T}^{2}}=\frac{[（21.6+26.4）-（12.0+16.8）]×1{0}^{-2}}{4×0.01}$=4.8m/s²．
B剛穿過D時(shí)的速度大小v=$\frac{0.264}{0.1}=2.64m/s≈2.6m/s$．
（2）系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量△E_p=mgh，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（2M+m）{v}^{2}$，則需驗(yàn)證$mgh=\frac{1}{2}（2M+m）{v}^{2}$．
根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒得，$mgh=\frac{1}{2}（2M+m）{v}^{2}$．
解得g=$\frac{（2M+m）{{v}_{1}}^{2}}{2m{h}_{1}}$．
（3）減小誤差的方法：適當(dāng)增加C、D間的高度差；適當(dāng)增加金屬片C的質(zhì)量；保證打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔在同一豎直線上．
故答案為：（1）4.8；2.6 （2）$mgh=\frac{1}{2}（2M+m）{v^2}；g=\frac{（2M+m）v_1^2}{{2m{h_1}}}$；（3）如：適當(dāng)增加C、D間的高度差；適當(dāng)增加金屬片C的質(zhì)量；保證打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔在同一豎直線上

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握驗(yàn)證機(jī)械能守懷實(shí)驗(yàn)的原理，即驗(yàn)證系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量是否相等；掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過紙帶求解速度及加速度．