Question

完成下面有关物理实验的问题：

(1)甲、乙、丙三位同学在使用不同的游标卡尺测量同一个物体的长度时，测量的结果分别如下：

甲同学：使用游标为50分度的卡尺，读数为12.045 cm．

乙同学：使用游标为10分度的卡尺，读数为12.04 cm．

丙同学：使用游标为20分度的卡尺，读数为12.045 cm．

从这些实验数据中可以看出，读数肯定有错误的是______同学．

(2)用如图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6 V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

①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端上

C．用天平测量出重锤的质量

D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关，打出一条纸带

E．测量打出的纸带上某些点之间的距离

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

指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因．

答：_________________________________．

②利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值，如图所示．根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s₀，点A、C间的距离为s₁，点C、E间的距离为s₂，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a=______．

③在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落过程中，存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确值为g，还需要测量的物理量是_______．

试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落过程中受到的平均阻力大小为F=_______．

Answer 1

答案：
解析：

设计意图：本题考查了游标卡尺的使用和读数，考查了验证机械能守恒定律的实验步骤，考查了测定匀变速直线运动的加速度，考查了测定重锤下落过程中的平均阻力，同时也考查了学生的实验能力． 解析：(1)使用游标卡尺测量物体的长度时，测量结果的有效数字是由游标卡尺的精确度决定的，而且在读数时不估读．对于10分度的游标尺，它是将9 mm分成10等份，每一等份与主尺上的最小刻度之差为0.1 mm，因此这种卡尺的精确度为0.1 mm． 对于20分度的游标尺，它是将19 mm分成20等份，每一等份与主尺上的最小刻度之差为0.05 mm，因此，这种卡尺的精确度为0.05 mm． 对于50分度的游标尺，它是将49 mm分成50等份，每一等份与主尺上的最小刻度之差为0.02 mm，因此，这种卡尺的精确度为0.02 mm． 使用50分度的卡尺测量时，用“mm”作单位记录结果，小数点后应有两位小数，且末位数字为偶数，故甲同学的结果错误． 使用10分度的卡尺测量时，用“mm”作单位记录结果，小数点后应有一位小数，且末位数字任意，故乙同学读数正确． 使用20分度的卡尺测量时，用“mm”作单位记录结果，小数点后应有两位小数，且末位数字为“0”或“5”，故丙同学的读数正确． (2)验证机械能守恒定律： ①C不必要．因为增加的动能为mv2，减少的重力势能为mgh，m可以约去； B中应将“直流”改为“交流”； D中应先接通电源，再释放纸带． ②使用交流电的频率为f，则打点周期为，题中连续相等的时间T=×2=，连续相等时间内的位移之差为Δs=s2-s1，据Δs=aT2解得重锤下落的加速度为 a= ③要想测定阻力的大小，还需要测量的物理量是重锤的质量m． 根据牛顿第二定律，有 mg-F阻=ma 解得重锤下落过程中受到的平均阻力为 F阻=mg-ma=m［g-］ 易错点：在求解加速度a时，学生由于审题不细，受平常思维定势的影响，f取了50 Hz，导致解题错误；求解平均阻力F时，许多学生将F=m(g-a)当作了最后结果，由于解题不彻底而失分． 答案：(1)甲 (2)①C不必要，因为增加的动能为mv2，减少的重力势能为mgh，m可以约去；B中“直流”应改为“交流”；D中应先接通电源，再释放纸带． ② ③重锤的质量m；m［g-］