Question

2．某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律，实验装置如图1所示，打点计时器的电源为50Hz的交流电．

（1）下列实验操作中，不正确的是CD．
A．将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B．纸带穿过限位孔，压在复写纸下面
C．用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落
D．在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
（2）该同学按正确的步骤进行实验（记为“实验①”），将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，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，…，8，用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图2所示．
计算相邻计时点间的平均速度$\bar v$，粗略地表示各计数点的速度，抄入表，请将表中的数据补充完整．

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
$\bar v$（cm/s）	24.5	33.8	37.8		39.5	39.8	39.8	39.8

（3）分析如表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是逐渐增大到39.8cm/s；磁铁受到阻尼作用的变化情况是逐渐增大到等于重力．
（4）该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作（记为“实验②”），结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同，请问实验②是为了说明什么？对比实验①和②的结果可得到什么结论？

Answer 1

分析 （1）小磁铁竖直下落，做的是直线运动，根据打点计时器的使用方法可以判断选项的结果；
（2）根据相邻计时点间的平均速度$\overline{v}$，粗略地表示各计数点的速度，来计算4点的瞬时速度的大小；
（3）根据磁铁速度的变化情况可以得出变化的情况情况，分析速度变化的原因；
（4）塑料管不会产生电磁感应现象，与铜管中运动的情况对比明显．

解答 解：（1）A、小磁铁竖直下落，穿过铜管，所以铜管要竖直地固定在限位孔的正下方，所以A正确；
B、纸带要穿过限位孔，并且压在复写纸下面，所以B正确；
C、手应该拉住纸带，而不是捏紧磁铁，所以C错误；
D、应该先接通打点计时器的电源，在让磁铁下落，所以D错误；
本题选错误的，故选：CD．
（2）因每隔一个点取一个计数点；故两计数点间的时间间隔为0.04s； 打下4点的速度等于3、5之间的平均速度，所以v₄=$\frac{5.60-2.53}{0.08}$cm/s≈39.0cm/s
（3）根据实验数据可知，在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是逐渐增大到39.8cm/s，之后匀速运动，说明磁铁受到的阻尼作用是逐渐增大，最后等于重力的大小．
（4）磁铁在塑料管中不会产生电磁感应现象，不受阻尼作用的影响，对比实验①和②可知，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用．
故答案为：（1）CD
（2）39.0
（3）逐渐增大到39.8cm/s；逐渐增大到等于重力
（4）为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用； 说明磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用

点评 本题通过实验考查对纸带运动情况的分析以及对电磁感应现象理解，要能根据纸带的运动情况分析电磁感应对运动情况的影响，抓住实验的本质即可分析本题．对于陌生实验不用紧张，能过认真分析明确实验原理，再结合所学知识即可求解．