Question

12．小明利用如图装置用于验证机械能守恒定律．将电磁铁固定在铁架台上，一块长度为d的小铁片受到电磁铁的吸引静止于A点，将光电门固定在A的正下方B处．调整光电门位置，可改变小铁片下落高度h．记录小铁片每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较小铁片在释放点A和点B之间的势能变化大小△E_p与动能变化大小△E_k，就能验证机械能是否守恒．
取v=$\frac{d}{t}$作为小铁片经过光电门时速度．d为小铁片长度，t为小铁片经过光电门的挡光时间，可由计时器测出．

（1）用△E_K=$\frac{1}{2}{mv}^{2}$计算小铁片动能变化的大小，用刻度尺测量小铁片长度d，示数如题图所示，其读数为1.50cm．某次测量中，计时器的示数为0.0150s，则小铁片通过光电门时速度为v₁=1m/s．
（2）v₁相比小铁片中心通过光电门时速度v₂偏小（选填偏大，偏小）
（3）整理实验数据时发现的△E_p与△E_k不完全相等．小明分析原因如下：
①空气阻力；
②小铁片通过光电门时中间时刻和中间位置速度不相等；
③长度d值的测量；以上原因属于系统误差的是①②（选填序号）．

Answer 1

分析 （1）刻度尺的读数需读到最小刻度的下一位．根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小铁片通过光电门的瞬时速度．
（2）根据平均速度推论分析中间时刻的瞬时速度和中间位置的瞬时速度大小关系．
（3）根据实验的原理，知道误差产生的原因，确定哪些误差属于系统误差．

解答 解：（1）刻度尺的读数为1.50cm．小铁片通过光电门的瞬时速度v₁=$\frac{d}{{t}_{1}}$=$\frac{1.50}{0.0150}$cm/s=10cm/s=1.0m/s、
（2）根据平均速度的推论知，v₁为小铁片通过光电门时中间时刻的瞬时速度，小于小铁片中心通过光电门的速度，所以v₁相比小铁片中心通过光电门时速度v₂偏小．
（3）实验过程存在空气阻力、同时小铁片通过光电门时中间时刻和中间位置的速度不等，这两种情况导致的误差无法避免，只能减小，属于系统误差；而长度的测量产生误差属于偶然误差，可以通过多次测量来减小，故①②属于系统误差，③属于偶然误差； 故选：①②．
故答案为：（1）1.50，1.0，（2）偏小，（3）①②．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度，同时明确实验误差的来源，明确哪些误差属于系统误差，哪些属于偶然误差．