Question

4．某同学安装如图甲的实验装置，探究合外力做功与物体动能变化的关系．

①此实验中，应当是让重物做自由落体运动，不需要（“需要”、“不需要”）测出重物的质量；
②打点计时器所用交流电的频率为50Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究．求得B点对应的速度v_B=0.19m/s，若再求得D点对应的速度为v_D，测出重物下落的高度为h_BD，则还应计算$\frac{1}{2}$（v_D²-v_B²）与gh_BD大小是否相等（填字母表达式）；
③但该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是重物会落在桌面上；研究纸带时存在的问题是B、D两点间时间间隔过短，实验误差可能较大．

Answer 1

分析 ①重物做的是自由落体运动，要验证mg•h_BD=$\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$，根据该表达式分析；
②匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度；运用动能定理列式分析；
③结合实际情况考虑实验误差即可．

解答 解：①重物做的是自由落体运动，由于要验证mg•h_BD=$\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$，故不需要约去质量m；
②B点速度等于AC段的平均速度，故：${v}_{B}=\frac{AB+BC}{2T}$=$\frac{（1.9+5.8）×1{0}^{-3}m}{2×0.02s}$=0.1925m/s≈0.19m/s
要验证mg_BD•h=$\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$，可以约去质量m，故可以验证gh_BD=$\frac{1}{2}$（v_D²-v_B²）；
③该同学在上述实验过程中存在明显的问题．安装实验装置时存在的问题是重物会落在桌面上；
研究纸带时存在的问题是B、D两点间时间间隔过短；
故答案为：①自由落体，不需要；②0.19，$\frac{1}{2}$（v_D²-v_B²），gh_BD；③重物会落在桌面上（或“纸带打点过短”等与此类似的答案），B、D两点间时间间隔过短．

点评 本题是用自由落体运动来探究动能定理，关键是明确实验原理和误差来源，基础题目．