Question

20．某兴趣小组的实验装置如图1所示，通过电磁铁控制的小球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录下挡光时间t，测出A、B之间的距离h．实验前应调整光电门位置．使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．

（1）用游标卡尺测得小球直径如图2所示，则小球直径为1.14cm，某次小球通过光电门毫秒计数器的读数为3ms，则该次小球通过光电门B时的瞬时速度大小为v=3.8m/s．
（2）若用该套装置验证机械能守恒，已知重力加速度为g，还需要测量的物理量为D．
A．A点与地面间的距离H   B．小球的质量m    C．小球从A到B的下落时间t_AB D．小球的直径d．

Answer 1

分析 该题利用自由落体运动来验证机械能守恒，因此需要测量物体自由下落的高度h_AB，以及物体通过B点的速度大小，在测量速度时我们利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，因此明白了实验原理即可知道需要测量的数据．利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，由此可以求出小铁球通过光电门时的瞬时速度，根据机械能守恒的表达式可以求出所要求的关系式．
游标卡尺的读数等于主尺读数加游标读数，不需估读．

解答 解：（1）游标卡尺主尺读数为：1.1cm，游标尺上第4个刻度与上面对齐，故读数为：4×0.1=0.4mm=0.04cm，
故最终读数为：1.1cm+0.04cm=1.14cm；
利用小球通过光电门的平均速度代替瞬时速度，因此有：
v_B=$\frac{d}{t}=\frac{0.0114}{0.003}$m/s=3.8m/s
（2）A、根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门的距离，故A错误；
B、根据机械能守恒的表达式可知，方程两边可以约掉质量，因此不需要测量质量，故B错误；
C、利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；
D、利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确；
故选：D．
故答案为：①1.14，3.8；②D．

点评 解答实验问题的关键是明确实验原理、实验目的，了解具体操作．掌握动能变化量和重力势能减小量的求法，知道某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．