Question

18．如图1为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．
（1）实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h．某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．
A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度；
B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v=$\sqrt{2gh}$计算出瞬时速度；
C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$计算出高度h；
D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v．
以上方案中只有一种正确，正确的是D．（填入相应的字母）
（2）某同学按照正确操作选的纸带如图2所示，其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位：cm），重锤的质量为m=0.1kg，重力加速度g=9.80m/s²．根据以上数据当打点计时器打到D点时，重物重力势能的减少量为0.190J，动能的增加量为0.186J．（要求计算数值保留三位有效数字）．
（3）实验中误差产生的主要原因①下落过程中存在阻力，②长度的测量（数据的测量）．（写出两个）

Answer 1

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
（1）该实验是验证机械能守恒定律的实验．因为我们知道自由落体运动只受重力，机械能就守恒．如果把重物看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证呢．
（2）根据平均速度等于瞬时速度求出D点的速度，根据动能、势能的公式求出重力势能的减少量和动能的增加量；
（3）测量长度时存在误差，运动过程中存在空气阻力；

解答 解：（1）该实验是验证机械能守恒定律的实验．因为我们知道自由落体运动只受重力，机械能就守恒．如果把重物看成自由落体运动，再运用自由落体的规律求解速度，那么就不需要验证呢．
其中ABC三项都是运用了自由落体的运动规律求解的，故ABC错误．
故选：D．
（2）${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{2T}=\frac{0.2347-0.1574}{0.04}m/s$=1.925m/s
所以力势能的减少量△E_P=mgh=0.190；
动能的增加量为△E_K=$\frac{1}{2}{{mv}_{D}}^{2}$=0.186
（3）在实验的过程中，由于各种因素，可能造成实验存在误差，其中可能的原因有：①下落过程中存在阻力作用；②长度的测量时存在误差；
故答案为：（1）D；（2）0.190，0.186；（3）①下落过程中存在阻力，②长度的测量（数据的测量）

点评 在学习实验时，应先明确实验原理，根据实验的原理再去掌握实验的器材、数据处理及误差分析等．