题目内容

20.如图1为利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置.
(1)在实验中,需直接测量的物理量是重锤下落的高度h,间接测量的物理量是重锤运动的速度v.
(2)在实验中,打点计时器所接交流电频率为50Hz,当地重力加速度g=9.80m/s2.实验选用重锤质量为m=1kg,从所打纸带中选择一条合适的纸带,如果确定O点是重锤开始下落的第1点,则此纸带第1、2点间的距离应接近2mm.
(3)实验中重物增加的动能往往小于(填“大于”、“等于”或“小于”)它所减少的势能,产生这种情况的主要原因是存在摩擦阻力.
(4)根据纸带算出相关各点的速度v,量出下落的距离h,则以h为横轴,$\frac{{v}^{2}}{2}$为纵轴,画出的图象应是图2中的哪个C.

分析 验证机械能守恒定律,在实验中验证重力势能的减小量和动能的增加量是否相等,结合原理确定直接测量的物理量和间接测量的物理量.
由于存在阻力,重力势能的减小量转化为动能的增加量和内能,所以重力势能的减小量略大于动能的增加量.
由于要验证mgh=$\frac{1}{2}$mv2,故$\frac{1}{2}$v2=gh,图象为倾斜的直线.

解答 解:(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中,直接测量的有:用刻度尺测量重锤下落的高度h,通过计算间接测量得到的有与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度v.
(2)根据h=$\frac{1}{2}$gt2=$\frac{1}{2}×9.8{×(0.02)}^{2}$≈2mm,可知,纸带上的第1、2点距离应接近2mm.
(3)由于下落的过程中,存在摩擦阻力,往往会导至增加的动能小于减小的势能.
(4)该实验原理为验证$\frac{1}{2}$mv2=mgh,即验证$\frac{1}{2}$v2=gh,以$\frac{1}{2}$v2为纵轴,以h为横轴画出的图线应是直线;
故选:C
故答案为:(1)重锤下落的高度h、重锤运动的速度v;
(2)2 mm;
(3)小于、存在摩擦阻力;
(4)C.

点评 本题主要考查了“验证机械能守恒定律”的实验的原理,要求同学们了解其实验仪器及实验过程,实验原理是实验的核心,根据原理作图象、分析误差、选择器材、安排实验步骤等等.图象往往从数学角度理解物理意义.

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