Question

20．在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中，
（1）下列器材中不必要的是D （单选，只需填字母代号）．
A．重物  B．纸带   C．铁架台   D．低压直流电源     E．毫米刻度尺
（2）关于本实验的误差，下列说法正确的是BCD（多选，只需填字母代号）
A．选择质量较小的重物，有利于减小误差
B．选择点击清晰且第1、2两点间距约为2mm的纸带，有利于减小误差
C．先松开纸带后接通电源会造成较大的误差
D．实验产生系统误差的主要原因是重物在下落过程中不可避免地受到阻力的作用
（3）在实验中，质量m=1kg的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s．那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，物体在B点的瞬时速度v_B=2.13 m/s，物体重力势能的减少量△E_P=2.28J，此过程中物体动能的增加量△E_k=2.27J．（取g=9.8m/s²，保留三位有效数字）
（4）通过计算，数值上△E_P＞△E_k（填“＜”、“＞”或“=”），这是因为纸带和物体下落过程中要克服阻力做功，有机械能损失．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材以及不需要的器材．
（2）根据原理以及注意事项确定正确的操作步骤．
（3、4）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B点的速度，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，通过比较分析产生误差的原因．

解答 解：（1）打点计时器使用的是交流电源，故不需要低压直流电源．故选：D．
（2）A、为了减小误差，重物选择质量大一些、体积小一些的，故A错误．
B、根据h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}=\frac{1}{2}×10×0.0{2}^{2}m=2mm$，可知选择点迹清晰且第1、2两点间距约为2mm的纸带，有利于减小误差，故B正确．
C、实验时应先接通电源，再松开纸带，若先松开纸带后接通电源会造成较大的误差，故C正确．
D、实验产生系统误差的主要原因是重物在下落过程中不可避免地受到阻力的作用，故D正确．
故选：BCD．
（3）B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.3250-0.1550}{0.08}m/s$=2.13m/s．物体重力势能的减小量△E_p=mgh=1×9.8×0.2325J=2.28J．
物体动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$=$\frac{1}{2}×1×2.1{3}^{2}$=2.27J．
（4）通过计算，数值上△E_P＞△E_k，这是因为纸带和物体下落过程中要克服阻力做功，有机械能损失．
故答案为：（1）D  　　 　　（2）BCD 　 
（3）2.13              2.28              2.27     
（4）＞，纸带和物体下落过程中要克服阻力做功，有机械能损失．

点评 本题考查机械能守恒的验证，是高考中的常见实验题，也是一道易错题，常见的错误有：1、计算不细心，2、有效数字的保留不注意，2、单位的换算．