用落体法验证机械能守恒定律.器材安装如图甲:(1)请指出图甲中的错误及不妥之处①使用的是直流电源.②没有从上方提着纸带.而是用手托着重物．(2)改进实验中错误及不妥之处后.打出如图乙所示一条纸带．已知打点计时器频率为50Hz.根据纸带所给数据.打C点时重物的速度为2.2m/s．(3)某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

20．用落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图甲：

（1）请指出图甲中的错误及不妥之处（至少写出两处）
①使用的是直流电源，②没有从上方提着纸带，而是用手托着重物．
（2）改进实验中错误及不妥之处后，打出如图乙所示一条纸带．已知打点计时器频率为50Hz，根据纸带所给数据，打C点时重物的速度为2.2m/s（结果保留两位有效数字）．
（3）某同学选用两个形状相同质量不同的重物a和b进行实验测得几组数据，画出$\frac{{v}^{2}}{2}$-h的图象如图丙所示，求出图线的斜率k，由图象可知a的质量m₁大于b的质量m₂（选填“大于”或“小于”）．
（4）实验结果发现动能增量总小于（填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减小量；造成这种现象的主要原因是C．
A．选用的重锤质量过大
B．数据处理时出现计算错误
C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确．

分析（1）根据实验的原理和操作中的注意事项确定错误和不妥之处．
（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C点的速度．
（3）根据动能定理得出图线斜率的物理意义，结合斜率的大小比较质量的大小．
（4）重物下落过程中不可避免的受到阻力作用，重力势能不可能全部转化为动能，这是误差的主要来源．

解答解：（1）图甲中的错误及不妥之处：①使用的是直流电源；②重物离打点计时器太远；③没有从上方提着纸带，而是用手托着重物．
（2）C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则有：v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{31.23-22.24}{2×0.02}×1{0}^{-2}$m/s=2.2m/s．
（3）根据动能定理知：（mg-f）h=$\frac{1}{2}$mv²，则有：$\frac{{v}^{2}}{2}$=$\frac{mg-f}{m}$h，知图线的斜率k=$\frac{mg-f}{m}$=g-$\frac{f}{m}$，b的斜率小，知b的质量小，
所以a的质量m₁大于b的质量m₂．
（4）在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤动能的增加量总是稍稍小于减小的重力势能；若重锤动能的增加量总是小于重锤减小的重力势能，而且比较明显，就要考虑阻力太大的原因．在该实验过程的步骤中，没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上，也会导致摩擦力太大；故C正确，ABD错误．
故答案为：（1）①使用的是直流电源；②重物离打点计时器太远，或没有从上方提着纸带，而是用手托着重物；（2）2.2；（3）大于；（4）小于，C．

点评解决本题的关键知道实验的原理以及操作中的注意事项，对于图象问题，一般的解题思路得出物理量之间的关系式，结合图线的斜率分析判断．正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据、误差分析等，会起到事半功倍的效果．

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（2）安装打点计时器时，要求两限位孔必须在同一竖直线上；开始实验时，应B（选填字母A或B．A：先释放重锤，再接通电源；B：先接通电源，再释放重锤）．
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