Question

【題目】如圖所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可驗證機械能守恒定律。

①已準備的器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需要的器材是_________填字母代號)。

A．直流電源、天平及砝碼

B．直流電源、毫米刻度尺

C．交流電源、天平及砝碼

D．交流電源、毫米刻度尺

②實驗中需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時 速度v和下落高度h。 某同學對實驗得到的紙帶設(shè)計了以下四種測量方案。這些方案中合理的是_______。

A．用刻度尺測出物體下落的高度h，由打點間隔數(shù)計算出下落時間t，通過v=gt計算出瞬時速度v

B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過計算出瞬時速度v

C．根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過計算得出高度h

D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v

③安裝好實驗裝置，正確進行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，不慎將一條挑選出的紙帶一部分損壞，損壞的是前端部分，剩下的一段紙帶如圖所示，其上各相鄰點間的距離已測出標在圖中，單位是cm。已知打點計時器工作頻率為50Hz,重力加速度g=9.8 N/kg,重物的質(zhì)量為1 kg.

重物在打點2時的速度 _______m/s,在打點5時的速度_______ m/s，此過程中動能的增加________J,重力勢能的減少量_________J.（本題的計算結(jié)果都保留3位有效數(shù)字）

④根據(jù)實驗判斷下圖中正確的是（其中表示物體動能的變化，表示物體下落的高度）______

Answer 1

【答案】 ① D； ② D； ③ 1.50； 2.08； 1.04； 1.06； ④ C；

【解析】（1）打點計時器的工作電源是交流電源，在實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離從而可知道重錘下降的距離，以及通過紙帶上兩點的距離，求出平均速度，從而可知瞬時速度，本實驗還需要的實驗器材是：交流電源與毫米刻度尺，故選：D；
（2）實驗中瞬時速度通過某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度去求解，不能根據(jù)v=gt和v= 求解，否則就默認了機械能守恒，失去驗證的意義．故AB錯誤，D正確．實驗中，用刻度尺測量物體下落的高度，不能根據(jù)h=計算得出高度h，故C錯誤．故選D．
（3）利用勻變速直線運動的推論得：

v5==2.08m/s
此過程中動能增加量△Ek=mv52-mv22=1.04J
重力勢能減少量△Ep=mgh=1×9.8×（0.032+0.036+0.04）=1.06J
故結(jié)論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒；
（3）根據(jù)機械能守恒：△Ek=mg△h；則△Ek-△h圖線為原點的直線，故選C．