Question

12．某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻加速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度，電源頻率f=50Hz，在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．因保存不當(dāng)，紙帶被污染，如圖所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：x_A=16.6mm、x_B=126.5mm、x_D=624.5mm．如圖所示，是“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置．

（1）請(qǐng)指出圖甲中不正確的器材且寫出替換的器材電池，交流220V電源．
（2）還需要的器材是（填序號(hào)）A．A．刻度尺        B．天平和砝碼
（3）圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：O是打下的第一個(gè)點(diǎn)，速度為零．OA間還有若干打點(diǎn)，A、B、C是連續(xù)的三個(gè)打點(diǎn)，測(cè)出OA間、OB間、OC間的距離S₁、S₂、S₃．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期為T，重物的質(zhì)量為M，重力加速度為g．在打點(diǎn)O～B的過程中，要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式是mgs₂=$\frac{1}{2}m（\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2T}）^{2}$．
（4）寫出一條實(shí)驗(yàn)中存在的主要誤差紙帶與打點(diǎn)器之間存在阻力．

Answer 1

分析 （1）電火花打點(diǎn)器使用交流220V電源，電池屬于直流；
（2）依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，即可判定實(shí)驗(yàn)器材；
（3）根據(jù)下落過程中，減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能，即可確定驗(yàn)證的表達(dá)式；
（4）引起實(shí)驗(yàn)的主要誤差是摩擦阻力．

解答 解：（1）電火花打點(diǎn)器使用交流220V電源，因此不正確的器材是電池，替換的器材是交流220V電源；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能，因此還需要刻度尺來測(cè)量長(zhǎng)度，從而求解瞬時(shí)速度，進(jìn)而確定動(dòng)能，同時(shí)還能求得減小的重力勢(shì)能；
（3）依據(jù)某段時(shí)間內(nèi)平均速度等于中時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則有：v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$，那么增加的動(dòng)能為△E_k=$\frac{1}{2}m（\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2T}）^{2}$；
而減少的重力勢(shì)能為△E_p=mgs₂；
在打點(diǎn)O～B的過程中，要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式是：mgs₂=$\frac{1}{2}m（\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2T}）^{2}$；
（4）實(shí)驗(yàn)我們要驗(yàn)證的是：重力勢(shì)能的減少量與系統(tǒng)動(dòng)能增加量之間的關(guān)系，所以誤差來源于：長(zhǎng)度測(cè)量；系統(tǒng)受到摩擦力的原因；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原因，主要是由于摩擦的作用；
故答案為：（1）電池，交流220V電源；（2）A；（3）mgs₂=$\frac{1}{2}m（\frac{{s}_{3}-{s}_{1}}{2T}）^{2}$；（4）紙帶與打點(diǎn)器之間存在阻力．

點(diǎn)評(píng) 弄懂實(shí)驗(yàn)原理才能知道需要測(cè)量那些數(shù)據(jù)，才能知道在測(cè)量或計(jì)算中出現(xiàn)哪些誤差．紙帶的處理高中多個(gè)實(shí)驗(yàn)均有涉及，如何求瞬時(shí)速度必須掌握�。�