Question

4．验证机械能守恒定律实验装置如图甲所示，某小组完成了一系列实验操作后，得到了一条纸带如图乙所示，选取纸带上某个清晰的点标为O．然后每两个打点取一个计数点分别标为1、2、3、4、5、6，用刻度尺量出计数点1、2、3、4、5、6与O点的距离分别为h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆．

（1）关于本实验，说法正确的是BD．
A、图甲所示打点计时器为电火花打点计时器 
B、释放前手拿住纸袋上端，保持纸带竖直
C、先释放纸带，再接通电源
D、实验中的重锤应选密度大的金属块．
（2）已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，打点计时器打下点1到点5的过程中，重锤增加的动能为$\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{6}-{h}_{4}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{2}}{4T}）^{2}$．减少的重力势能为mg（h₅-h₁）．
（3）取打点O时重锤所在的平面为参考平面，分别算出打各个计数点时对应重锤的势能    和动能．建立坐标系，横轴表示重锤下落的高度h，纵轴表示重锤的势能|${E}_{{F}_{1}}$|和动能E${E}_{{F}_{1}}$，根据以上数据在图丙中绘出图Ⅰ和Ⅱ．其中E_F-h图线对应的是Ⅰ（填“Ⅰ“或“Ⅱ“），图线Ⅰ和Ⅱ不重合的主要原因是存在阻力．

Answer 1

分析 （1）电磁打点计时器使用4-6V的交流电源；实验时保持纸带竖直，先接通电源，再释放纸带；为了减小阻力的影响，重物选择质量大一些体积小一些的．
（2）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出1、5的瞬时速度，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量．
（3）根据图线的斜率确定图线对应的是哪一种关系．

解答 解：（1）A、电火花打点计时器使用220V的交流电，电磁打点计时器使用4-6V的交流电，图甲所示打点计时器为电磁打点计时器，故A错误．
B、释放前要保证纸带竖直，用手拿住纸带的上端，故B正确．
C、实验时应先接通电源，再释放纸带，故C错误．
D、为了减小阻力产生的影响，重锤选择质量大一些，体积小一些，即密度大的金属块，故D正确．
故选：BD．
（2）1点的瞬时速度${v}_{1}=\frac{{h}_{2}}{4T}$，5点的瞬时速度${v}_{5}=\frac{{h}_{6}-{h}_{4}}{4T}$，则重锤增加的动能为△E_k=$\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{6}-{h}_{4}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{2}}{4T}）^{2}$，减少的重力势能为△E_p=mg（h₅-h₁）．
（3）重锤的势能|${E}_{{F}_{1}}$|与h图线的斜率表示重力，动能${E}_{{F}_{1}}$与 h的关系图线斜率表示合力，由于阻力的存在，则合力小于重力，可知E_F-h图线对应的是Ⅰ．
故答案为：（1）BD，（2）$\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{6}-{h}_{4}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{2}}{4T}）^{2}$，mg（h₅-h₁），（3）Ⅰ，存在阻力．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，验证重力势能的减小量与动能的增加量是否相等．以及知道通过求某段时间内的平均速度表示瞬时速度．