Question

【題目】某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，可以提供輸出電壓為6 V的交變電流和直流電，交變電流的頻率為50 Hz．重錘從高處由靜止開始下落，重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點測量并分析，即可驗證機械能守恒定律．

(1)他進行了下面幾個操作步驟：

A．按照圖示的裝置安裝器件；

B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；

C．用天平測出重錘的質量；

D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；

E．測量紙帶上某些點間的距離；

F．根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能．

其中沒有必要進行的步驟是________，操作不當的步驟是________．(填選項字母)

(2)這位同學進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析，如圖乙所示，其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數點．根據紙帶上的測量數據，可得出打B點時重錘的速度為___________m／s．(保留3位有效數字)

(3)他根據紙帶上的數據算出各點的速度，量出下落距離h，并以為縱軸、以h為橫軸畫出圖象，應是下列圖中的_________．

(4)他進一步分析，發現本實驗存在較大誤差，為此對實驗設計進行了改進，用如圖丙所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律：通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中經過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器(圖中未畫出)記錄擋光時間t，用毫米刻度尺測出A、B之間的距離h，用游標卡尺測得小鐵球的直徑d.重力加速度為g.實驗前應調整光電門位置使小鐵球下落過程中球心通過光電門中的激光束．小鐵球通過光電門時的瞬時速度__________．如果滿足關系式________，就可驗證機械能守恒定律．

Answer 1

【答案】 C B 1.84 C

【解析】試題分析：勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此求出B點的速度，進一步可以求出重錘動能的增加量；該實驗利用小球經過光電門的平均速度來代替瞬時速度，根據功能關系可知該實驗需要驗證的關系式為，由此可以求出該實驗中需要驗證的關系式．

（1）要驗證機械能守恒定律，需要驗證，則只需驗證即可，故不需要測出重錘的質量，所以沒有必要進行的步驟是C.打點計時器只能使用交流電源，故操作不當的步驟是B.

（2）由勻變速直線運動的中間時刻速度推論可得，B點的速度.

（3）由關系式可知， 圖象應是過原點的傾斜直線，故選C.

（4）小鐵球通過光電門的時間很短，故可用小鐵球經過光電門的平均速度近似求出小鐵球通過光電門的瞬時速度，即，代入可得．