Question

12．某物理小組用如圖所示的裝置驗證機械能守恒，底座、帶有標尺的豎直桿、光電門1和2組成的光電計時器，小球釋放器（可使小球無初速度釋放）、網(wǎng)兜．實驗時光電計時器可分別顯示小球通過光電門所用時間t₁、t₂，兩光電門間的距離x可從豎直桿上讀出．已知小球直徑為D，質(zhì)量為m．
（1）以下操作合理的是AC
A．小球的直徑D應(yīng)盡可能選小的
B．光電門1必須靠近小球釋放器
C．為了減小實驗誤差，兩個光電門的間距x應(yīng)該適當?shù)拇笠恍?br />D．使用相同直徑的小鋼球和塑料球，在實驗誤差上沒有區(qū)別
（2）在每次實驗中，若表達式mgx=$\frac{1}{2}m（\frac{{D}^{2}}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{{{t}_{1}}^{2}}）$（用mg、t₁、t₂、D、x表示）在誤差允許的范圍內(nèi)成立，則機械能守恒定律成立．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理以及操作中的注意事項確定合理的操作步驟．
（2）根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度求出小球通過光電門的速度，從而得出動能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，從而得出機械能守恒的表達式．

解答 解：（1）A、實驗中通過極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度得出小球通過光電門的瞬時速度，小球直徑取得越小，測量的誤差越小，故A正確．
B、為了減小實驗的誤差，兩個光電門的間距適當大一些，但是光電門1不一定需要靠近小球釋放器，故B錯誤，C正確．
D、實驗中，為了減小阻力，小球選擇質(zhì)量大一些，體積小一些的，故D錯誤．
故選：AC．
（2）小球通過兩個光電門的瞬時速度分別為${v}_{1}=\frac{D}{{t}_{1}}$，${v}_{2}=\frac{D}{{t}_{2}}$，重力勢能的減小量為mgx，動能的增加量為$\frac{1}{2}m{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}m（\frac{{D}^{2}}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{{{t}_{1}}^{2}}）$．
所以當mgx=$\frac{1}{2}m（\frac{{D}^{2}}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{{{t}_{1}}^{2}}）$時，機械能守恒．
故答案為：（1）AC，（2）mgx=$\frac{1}{2}m（\frac{{D}^{2}}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{{{t}_{1}}^{2}}）$．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，知道極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度，D越小，平均速度表示瞬時速度誤差越小．