Question

【題目】在用落體法“驗證機械能守恒定律”實驗時，某同學按照正確的步驟操作，并選得一條如圖所示的紙帶.其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點，該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中(單位cm)，重錘質(zhì)量為0.5kg，重力加速度g = 9.80m/s2.

(1)根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到B點，重力勢能減少量△Ep=_____J，動能的增加量△Ek=_____J。（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

(2)重力勢能的減少量△Ep往往大于動能的增加量△Ek，這是因為________________.

(3)他進一步分析，發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差，為此設計出用如圖所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律.通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經(jīng)過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器（圖中未畫出）記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出AB之間的距離h，用精密儀器測得小鐵球的直徑d，重力加速度為g。實驗前應調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束。題中所給的d、t、h、g應滿足關系式___________________，方可驗證機械能守恒定律。

(4)比較兩個方案，改進后的方案相比原方案的優(yōu)點是：____________________________。

Answer 1

【答案】（1）；；

（2）克服阻力做功（或阻力作用的緣故）

（3）

（4）①阻力減小；②速度測量更精確；

【解析】試題分析：（1）重力勢能的減小量等于重力做功，故有：△EP=mghOB=0．5×9．80×0．1242=0．610J；

根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律，B點的速度為：，

所以動能的增量為：；

（2）重力勢能的減小量大于動能的增加量，原因是減小的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

（3）光電門測速度的原理是：利用通過極短時間內(nèi)的平均速度表示瞬時速度，因此有：；

根據(jù)功能關系得：mgh＝mv2，因此有：，即若滿足：則機械能守恒．

（3）該實驗產(chǎn)生誤差的主要原因是空氣阻力以及紙帶與限位孔之間的摩擦力影響，因此實驗進行改正之后的主要優(yōu)點是：①阻力減小；②速度測量更精確；