Question

3．某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時(shí)受電磁阻尼作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電．

（1）下列實(shí)驗(yàn)操作中，不正確的有CD．
A．將銅管豎直地固定在限位孔的正下方
B．紙帶穿過(guò)限位孔，壓在復(fù)寫(xiě)紙下面
C．用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開(kāi)讓磁鐵下落
D．在磁鐵下落的同時(shí)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
（2）該同學(xué)按正確的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（記為“實(shí)驗(yàn)①”），將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開(kāi)始下落的一段，確定一合適的點(diǎn)為O點(diǎn)，每隔一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為1，2，…，8．用刻度尺量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，記錄在紙帶上，如圖乙所示．
計(jì)算相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)間的平均速度v，粗略地表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，抄入下表．請(qǐng)將表中的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整．

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
v（cm/s）	24.5	33.8	37.8		39.5	39.8	39.8	39.8

（3）分析上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時(shí)間內(nèi)，磁鐵運(yùn)動(dòng)速度的變化情況是逐漸增大到39.8cm/s；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是逐漸增大到等于重力．
（4）該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作（記為“實(shí)驗(yàn)②”），結(jié)果表明磁鐵下落的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾乎相同．請(qǐng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)②是為了說(shuō)明什么？對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？

Answer 1

分析 （1）小磁鐵豎直下落，做的是直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法可以判斷選項(xiàng)的結(jié)果；
（2）分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（3）塑料管不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與銅管中運(yùn)動(dòng)的情況對(duì)比明顯；
（4）比較兩實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)的目的是研究小磁鐵在銅管中下落時(shí)受電磁阻尼作用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故實(shí)驗(yàn)中必須保證小磁鐵除受重力、磁力外不受其他力的作用，故銅管需豎直地固定在限位孔正下方以保證磁鐵在下落過(guò)程中不與銅管摩擦與碰撞，A正確．紙帶穿過(guò)限位孔可以保證紙帶的正確方位，置于復(fù)寫(xiě)紙下面可以保證打點(diǎn)清晰，B正確．釋放紙帶前應(yīng)手提紙帶上端使紙帶豎直，小磁鐵靜止，故C錯(cuò)誤．釋放小磁鐵前應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，待其工作穩(wěn)定后方可放開(kāi)紙帶，D錯(cuò)誤．
（2）由圖乙可得v₄=$\frac{5.60-4.04}{2×0.02}$ cm/s=39.0cm/s．
（3）由表中數(shù)據(jù)可以看出，磁鐵運(yùn)動(dòng)的速度在相等時(shí)間內(nèi)的增量逐漸減小，最終保持39.8cm/s的速度不變，即磁鐵運(yùn)動(dòng)中加速度逐漸減小，最終為零，則由mg-f=ma知阻尼作用逐漸增大直到等于重力．
（4）由實(shí)驗(yàn)可知，磁鐵在銅管中受到阻尼作用，磁鐵在塑料管中不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，不受阻尼作用的影響，對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和②可知，磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用．
故答案為：（1）CD；（2）39.0；（3）逐漸增大到39.8cm/s，逐漸增大到等于重力；（4）為了說(shuō)明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用；磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查對(duì)紙帶運(yùn)動(dòng)情況的分析以及對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象理解，要能根據(jù)紙帶的運(yùn)動(dòng)情況分析電磁感應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)情況的影響，抓住實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)即可分析本題．對(duì)于陌生實(shí)驗(yàn)不用緊張，能過(guò)認(rèn)真分析明確實(shí)驗(yàn)原理，再結(jié)合所學(xué)知識(shí)即可求解．