Question

19．某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運(yùn)動規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，打點(diǎn)計時器的電源為50Hz的交流電．

（1）下列實(shí)驗(yàn)操作中，不正確的是CD．
A．將銅管豎直地固定在限位孔的正下方
B．紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面
C．用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落
D．在磁鐵下落的同時接通打點(diǎn)計時器的電源
（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，取開始下落的一段，確定一合適的點(diǎn)為O點(diǎn)，每隔一個計時點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，標(biāo)為1，2，…，8，用刻度尺量出各計數(shù)點(diǎn)的相鄰兩計時點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，記錄在紙帶上，如圖2所示．
計算相鄰計時點(diǎn)間的平均速度$\overline{v}$，粗略地表示各計數(shù)點(diǎn)的速度，抄入表，請將表中的數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整．

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
$\overline{v}$（cm/s）	24.5	33.8	37.8	39.0	39.5	39.8	39.8	39.8

（3）分析如表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運(yùn)動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)動規(guī)律與自由落體運(yùn)動規(guī)律幾乎相同，請問實(shí)驗(yàn)②是為了說明什么？對比實(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，根據(jù)打點(diǎn)計時器的使用方法可以判斷選項的結(jié)果；
（2）根據(jù)相鄰計時點(diǎn)間的平均速度$\overline{v}$，粗略地表示各計數(shù)點(diǎn)的速度，來計算4點(diǎn)的瞬時速度的大��；
（3）根據(jù)磁鐵速度的變化情況可以得出變化的情況情況，分析速度變化的原因；
（4）塑料管不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與銅管中運(yùn)動的情況對比明顯．

解答 解：（1）A、小磁鐵豎直下落，穿過銅管，所以銅管要豎直地固定在限位孔的正下方，所以A正確；
B、紙帶要穿過限位孔，并且壓在復(fù)寫紙下面，所以B正確；
C、手應(yīng)該拉住紙帶，而不是捏緊磁鐵，所以C錯誤；
D、應(yīng)該先接通打點(diǎn)計時器的電源，在讓磁鐵下落，所以D錯誤；
本題選錯誤的，故選：CD．
（2）打下4點(diǎn)的速度等于3、5之間的平均速度，所以v₄=$\frac{5.60-4.04}{0.04}$cm/s≈39.0cm/s
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運(yùn)動速度的變化情況是逐漸增大到39.8cm/s，之后勻速運(yùn)動，說明磁鐵受到的阻尼作用是逐漸增大，最后等于重力的大�。�
（4）磁鐵在塑料管中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，不受阻尼作用的影響，對比實(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 本題是對紙帶運(yùn)動情況的考查，同時也考查的對電磁感應(yīng)現(xiàn)象理解，根據(jù)紙帶的運(yùn)動情況分析電磁感應(yīng)對運(yùn)動情況的影響，抓住實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)即可分析本題．