Question

【题目】某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V的交变电流和直流电，交变电流的频率为50 Hz．重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律．

(1)他进行了下面几个操作步骤：

A．按照图示的装置安装器件；

B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；

C．用天平测出重锤的质量；

D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；

E．测量纸带上某些点间的距离；

F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能．

其中没有必要进行的步骤是________，操作不当的步骤是________．(填选项字母)

(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点．根据纸带上的测量数据，可得出打B点时重锤的速度为___________m／s．(保留3位有效数字)

(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度，量出下落距离h，并以为纵轴、以h为横轴画出图象，应是下列图中的_________．

(4)他进一步分析，发现本实验存在较大误差，为此对实验设计进行了改进，用如图丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律：通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出A、B之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d.重力加速度为g.实验前应调整光电门位置使小铁球下落过程中球心通过光电门中的激光束．小铁球通过光电门时的瞬时速度__________．如果满足关系式________，就可验证机械能守恒定律．

Answer 1

【答案】 C B 1.84 C

【解析】试题分析：匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此求出B点的速度，进一步可以求出重锤动能的增加量；该实验利用小球经过光电门的平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可知该实验需要验证的关系式为，由此可以求出该实验中需要验证的关系式．

（1）要验证机械能守恒定律，需要验证，则只需验证即可，故不需要测出重锤的质量，所以没有必要进行的步骤是C.打点计时器只能使用交流电源，故操作不当的步骤是B.

（2）由匀变速直线运动的中间时刻速度推论可得，B点的速度.

（3）由关系式可知， 图象应是过原点的倾斜直线，故选C.

（4）小铁球通过光电门的时间很短，故可用小铁球经过光电门的平均速度近似求出小铁球通过光电门的瞬时速度，即，代入可得．