Question

16．如圖1所示為“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證重物自由下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度g=9.79m/s²，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電源的頻率為50HZ．

（1）實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h，某小組利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得到的紙袋，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案：
A．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過(guò)v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v
B．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過(guò)v=$\sqrt{2gh}$ 計(jì)算瞬時(shí)速度v
C．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙袋上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過(guò)h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計(jì)算出高度hD．用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙袋上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v．
正確的實(shí)驗(yàn)方案是D
（2）某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)打出如圖2所示紙帶，已測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)A，B，C，D，E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為4.57cm，9.53cm，14.88cm，20.61cm，26.73cm，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間的時(shí)間間隔T=0.02s，取打A點(diǎn)時(shí)重物高度為重力勢(shì)能為零點(diǎn)，重物質(zhì)量為m，則打C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為3.84m，重力勢(shì)能為-1.01m．（保留3位有效數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槲覀冎�道自由落體運(yùn)動(dòng)只受重力，機(jī)械能就守恒．如果把重物看成自由落體運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗(yàn)證．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)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，從而得出C點(diǎn)的動(dòng)能，根據(jù)重力勢(shì)能的表達(dá)式求出重力勢(shì)能的大�。�

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槲覀冎�道自由落體運(yùn)動(dòng)只受重力，機(jī)械能就守恒．如果把重物看成自由落體運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗(yàn)證．
其中ABC三項(xiàng)都是運(yùn)用了自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解的，故ABC錯(cuò)誤．
故選：D．
（2）C點(diǎn)的速度${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.2061-0.0953}{0.04}m/s$=2.77m/s，則C點(diǎn)的動(dòng)能${E}_{kC}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×m×2.7{7}^{2}$=3.84m，取打A點(diǎn)時(shí)重物高度為重力勢(shì)能為零點(diǎn)
，則C點(diǎn)的重力勢(shì)能E_p=-mgh_AC=m×9.79×（0.1488-0.0457）=-1.01m．
故答案為：（1）D   （2）3.84  （2）-1.01．

點(diǎn)評(píng) 我們做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不能用驗(yàn)證的物理規(guī)律和探究的物理結(jié)論去求解問(wèn)題．以及需要掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度和加速度．