Question

6．如图1为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．
①供选择的重物有以下四个，应选择C．
A．质量为100g的木球                B．质量为10g的砝码
C．质量为200g的重锤                D．质量为10g的塑料球

②下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器材
B．将打点计时器接到电源的“交流输出”上
C．放开纸带后，接通电源，使计时器在纸带上打出点迹
D．测量纸带上所选计数点间的距离
E．根据测量的结果验证重锤下降过程中机械能是否守恒
以上操作一定有误的一个步骤是C（填正确选项前的字母）
③根据打出的纸带，可以间接测出计时器打下某点时所对应的纸带速度大小，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图2所示．所使用交流电的频率为f，则计算打下点C 时纸带的速度v=$\frac{（{x}_{2}+{x}_{3}）f}{2}$（用x₁、x₂、x₃、x₄及f表示）
④实验中重物增加的动能往往小于（填“大于”、“等于”或“小于”）它所减少的势能，产生这种情况的主要原因是阻力的影响；
⑤根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以$\frac{{v}^{2}}{2}$为纵轴，以h为横轴画出的图象应是图中的哪一个C

Answer 1

分析 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，实验中，由于阻力的影响，重力势能的减小量略大于动能的增加量．
根据机械能守恒得出$\frac{{v}^{2}}{2}$与h的表达式，结合表达式确定正确的图线．

解答 解：①为了减小实验的误差，重锤选择质量大一些，体积小一些的．故选：C．
②操作错误的步骤是C，应该先接通电源，再释放纸带．
③C点的瞬时速度${v}_{C}=\frac{{x}_{2}+{x}_{3}}{2T}=\frac{（{x}_{2}+{x}_{3}）f}{2}$．
④实验中重物增加的动能往往小于减小的势能，主要原因是阻力的影响．
⑤物体自由下落过程中，由机械能守恒可以得出：
mgh=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，则$\frac{{v}^{2}}{2}=gh$，所以以$\frac{1}{2}$v²为纵轴，以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线，故选：C．
故答案为：①C，②C，③$\frac{（{x}_{2}+{x}_{3}）f}{2}$，④小于，阻力的影响，⑤C．

点评 本题关键从实验原理出发，分析纸带的选择，数据处理，并能得出结论．利用图象问题结合数学知识处理物理数据是实验研究常用的方法．我们更多的研究直线图形，找出其直线的斜率和截距．