Question

20．用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，器材安裝如圖甲：

（1）請(qǐng)指出圖甲中的錯(cuò)誤及不妥之處（至少寫出兩處）
①使用的是直流電源，②沒有從上方提著紙帶，而是用手托著重物．
（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤及不妥之處后，打出如圖乙所示一條紙帶．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz，根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，打C點(diǎn)時(shí)重物的速度為2.2m/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（3）某同學(xué)選用兩個(gè)形狀相同質(zhì)量不同的重物a和b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)得幾組數(shù)據(jù)，畫出$\frac{{v}^{2}}{2}$-h的圖象如圖丙所示，求出圖線的斜率k，由圖象可知a的質(zhì)量m₁大于b的質(zhì)量m₂（選填“大于”或“小于”）．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增量總小于（填“大于”、“等于”或“小于”）重力勢(shì)能的減小量；造成這種現(xiàn)象的主要原因是C．
A．選用的重錘質(zhì)量過大
B．?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤
C．空氣對(duì)重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不夠細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和操作中的注意事項(xiàng)確定錯(cuò)誤和不妥之處．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出C點(diǎn)的速度．
（3）根據(jù)動(dòng)能定理得出圖線斜率的物理意義，結(jié)合斜率的大小比較質(zhì)量的大小．
（4）重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢(shì)能不可能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這是誤差的主要來源．

解答 解：（1）圖甲中的錯(cuò)誤及不妥之處：①使用的是直流電源；②重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)；③沒有從上方提著紙帶，而是用手托著重物．
（2）C點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于BD段的平均速度，則有：v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{31.23-22.24}{2×0.02}×1{0}^{-2}$m/s=2.2m/s．
（3）根據(jù)動(dòng)能定理知：（mg-f）h=$\frac{1}{2}$mv²，則有：$\frac{{v}^{2}}{2}$=$\frac{mg-f}{m}$h，知圖線的斜率k=$\frac{mg-f}{m}$=g-$\frac{f}{m}$，b的斜率小，知b的質(zhì)量小，
所以a的質(zhì)量m₁大于b的質(zhì)量m₂．
（4）在該實(shí)驗(yàn)中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘動(dòng)能的增加量總是稍稍小于減小的重力勢(shì)能；若重錘動(dòng)能的增加量總是小于重錘減小的重力勢(shì)能，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實(shí)驗(yàn)過程的步驟中，沒有檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔是否在同一條豎直線上，也會(huì)導(dǎo)致摩擦力太大；故C正確，ABD錯(cuò)誤．
故答案為：（1）①使用的是直流電源；②重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)，或沒有從上方提著紙帶，而是用手托著重物；（2）2.2；（3）大于；（4）小于，C．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理以及操作中的注意事項(xiàng)，對(duì)于圖象問題，一般的解題思路得出物理量之間的關(guān)系式，結(jié)合圖線的斜率分析判斷．正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測(cè)數(shù)據(jù)、誤差分析等，會(huì)起到事半功倍的效果．