题目内容
7.实验:(1)用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源,输出电压为6V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的纸带打出一系列的点,对图中纸带上的点痕进行测量,即可验证机械能守恒定律.
下面列举了该实验的几个操作步骤:
A.按照图示的装置安装器件;
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;
C.用天平测出重锤的质量;
D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带;
E.测量纸带上某些点间的距离;
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的
重力势能是否等于增加的动能.
其中没有必要进行的步骤是C,
操作不当的步骤是B.
(2)在验证机械能守恒定律的实验中,质量m=1kg的重锤自由下落,在纸带上打出了一系列的点,如图2所示.相邻记数点时间间隔为0.02s,长度单位是cm,g取9.8m/s2.
(a)计算与B点对应的重锤的瞬时速度时,Vb=0.973m/s;
(b)从起始点O到打下记数点B的过程中,物体重力势能的减小量△Ep=0.48J,动能的增加量△Ek=0.47J(均保留两位有效数字);
(c)即使在操作规范,数据测量及数据处理很准确的前提下,该实验测得的△EP也一定略大于△EK,这是实验存在系统误差的必然结果,试分析该系统误差产生的主要原因:纸带通过时受到较大的阻力以及重锤受到的空气阻力..
分析 (1)根据实验的原理和注意事项确定不正确和不必要的操作步骤.
(2)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的瞬时速度,从而得出动能的增加量,根据下降的高度求出重力势能的减小量.
解答 解:(1)实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等,两端都有质量,可以约去,所以不需要用天平测量质量,故没有必要的步骤是C.
打点计时器应接在电源的“交流输出”上,故操作不当的步骤是B.
(2)(a)B点的瞬时速度${v}_{b}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{(7.02-3.13)×1{0}^{-2}}{0.04}$m/s=0.973m/s.
(b)从起始点O到打下记数点B的过程中,物体重力势能的减小量△Ep=mgh=1×9.8×0.0486J≈0.48J,动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{b}}^{2}=\frac{1}{2}×1×0.97{3}^{2}$J≈0.47J.
(c)实验测得的△EP也一定略大于△EK,主要原因是纸带通过时受到较大的阻力以及重锤受到的空气阻力.
故答案为:(1)C,B;(2)0.973 m/s,0.48J,0.47J,纸带通过时受到较大的阻力以及重锤受到的空气阻力.
点评 解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项,掌握纸带的处理方法,会通过纸带求解瞬时速度,从而得出动能的增加量,会根据下降的高度求解重力势能的减小量.
练习册系列答案
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B. | 甲、乙匀速下降,v乙>v甲,丙匀速上升,且v丙>v乙 | |
C. | 甲、乙匀速下降,v乙>v甲,丙匀速下降,且v丙>v乙 | |
D. | 甲、乙匀速下降,v乙>v甲,丙匀速下降,且v丙<v乙 |
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