题目内容

8．某学习小组用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，电火花计时器的电源为50Hz的交流电．他们将细线穿过定滑轮后分别与两个质量不等的重物A、B相连，重物B的下边再连接一条纸带．将重物由静止释放后，A下降，B上升，与重物B相连的纸带就记录下它们的运动情况．

（1）关于这个实验，下列说法正确的是AB
A．电火花计时器所用电源的电压是220V
B．电火花计时器两限位孔的连线应竖直
C．重物B的初始位置离电火花计时器远一些较好
D．在释放两个重物的同时接通电火花计时器的电源
（2）如图乙所示为该小组在实验中得到的一条纸带，他们确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1、2、…、6．用刻度尺量出各计数点到O点的距离，记录在纸带上．则打计数点“1”时，重物B的速度大小v1=0.60m/s．（结果保留两位有效数字）
（3）该小组想研究在计数点“1”、“5”之间系统的机械能是否守恒．他们测出了打计数点“1”、“5”时重物B的速度大小v1、v5和这两点之间的距离h，还需测量出重物A、B的质量mA、mB（请写出待测物理量及字母），重力加速度g已知．在误差允许的范围内，若等式（mA-mB）gh=$\frac{1}{2}（{m}_{A}+{m}_{B}）（{v}_{5}^{2}-{v}_{1}^{2}）$成立，就可说明本次实验中系统机械能守恒．
（4）该小组改变重物A、B的质量多次重复以上实验发现，系统减少的重力势能△Ep总是略大于增加的动能△Ek，且A、B的质量相差越大，△Ep-△Ek就越大．你认为出现这种现象的原因可能是系统减少的重力势能有一部分会转化为定滑轮转动的动能．

分析 （1）根据实验原理，及电火花打点计时器工作电压，即可求解；
（2）根据匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程的平均速度可以求出1点的速度大小；
（3）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，求得打计数点1、5时重物的速度，再求动能的增加量为△Ek．
（4）物体下落过程中存在阻力，重力势能没有全部转化为动能，据此可正确解答；

解答 解：（1）A．电火花计时器所用电源的电压是220V，故A正确；
B．电火花计时器两限位孔的连线应竖直，故B正确；
C．重物B的初始位置离电火花计时器近一些较好，故C错误；
D．先接通电火花计时器的电源，再释放两个重物，故D错误；
故选：AB；
（2）根据匀变速直线运动的特点有：v1=$\frac{{x}_{02}}{2T}$=$\frac{0.048}{4×0.02}$=0.60m/s
（3）根据系统减小的重力势能，转化为系统动能的增加，即有：（mA-mB）gh=$\frac{1}{2}（{m}_{A}+{m}_{B}）（{v}_{5}^{2}-{v}_{1}^{2}）$；
测出了打计数点“1”、“5”时重物B的速度大小v1、v5和这两点之间的距离h，
还需要测量重物A、B的质量mA、mB；
重力加速度g已知．在误差允许的范围内，若等式：（mA-mB）gh=$\frac{1}{2}（{m}_{A}+{m}_{B}）（{v}_{5}^{2}-{v}_{1}^{2}）$成立，就可说明本次实验中系统机械能守恒．
（4）物体下落过程中存在阻力，重力势能没有全部转化为动能，因此重力势能的减少量△Ep略大于动能的增加量为△EK．
故答案为：（1）AB；（2）0.60；（3）重物A、B的质量mA、mB；（mA-mB）gh=$\frac{1}{2}（{m}_{A}+{m}_{B}）（{v}_{5}^{2}-{v}_{1}^{2}）$；
（4）系统减少的重力势能有一部分会转化为定滑轮转动的动能．

点评 考查了在验证机械能守恒的实验中如何求物体的速度以及简单的误差分析；并掌握系统的重力势能与动能的求解方法．

练习册系列答案
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