Question

19．利用自由落體來驗證機械能守恒定律的實驗中，某同學(xué)用如圖3所示的實驗裝置進行操作：
（1）請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤：
①重錘應(yīng)靠近打點計時器，
②打點計時器應(yīng)接交流電源．
（2）若按照正確的操作選得紙帶如圖4．其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點．用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中．（已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，重錘質(zhì)量為m=1kg，計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

①圖中的三個測量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是OC段的讀數(shù)，應(yīng)記作15.70cm；
②該同學(xué)用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，則求得該過程中重錘的動能增加量△E_k=1.20J，重力勢能的減少量△E_p=1.22J．這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使△E_k＜△E_p（選填“＞”“＜”或“=”），產(chǎn)生誤差的主要原因是存在空氣阻力和摩擦阻力．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理以及注意事項確定實驗中錯誤的操作之處．
（2）根據(jù)有效數(shù)字的保留確定不符合的是哪一段讀數(shù)．
根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的瞬時速度，從而得出動能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量．

解答 解：（1）實驗中操作的錯誤之處：①重錘應(yīng)靠近打點計時器，②打點計時器應(yīng)接交流電源．
（2）①圖中的三個測量數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是OC段讀數(shù)，應(yīng)記作15.70cm．
②9.51cm=0.0951m，15.70cm=0.1570m，
B點的瞬時速度為：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.1570-0.0951}{0.04}$m/s=1.55m/s，
則動能的增加量為：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.5{5}^{2}$≈1.20J，
重力勢能的減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.1242J≈1.22J．
可知△E_k＜△E_p，產(chǎn)生誤差的主要原因是存在空氣阻力和摩擦阻力．
故答案為：（1）①重錘應(yīng)靠近打點計時器，②打點計時器應(yīng)接交流電源；（2）①OC，15.70，②1.20，1.22，＜，存在空氣阻力和摩擦阻力．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理和注意事項，掌握紙帶的處理方法，會根據(jù)紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量，會根據(jù)下降的高度求解重力勢能的減小量．