Question

7．利用圖所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h．某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下的四種測量方案：
A．用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時(shí)間t，通過v=gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v．
B．用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v=$\sqrt{2gh}$計(jì)算出瞬時(shí)速度v．
C．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時(shí)速度v，并通過h=v²/2g計(jì)算出高度h．
D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時(shí)速度v．
以上方案中只有一種正確，正確的是D．（填入相應(yīng)的字母）
在實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，重錘在下落過程中，重錘動(dòng)能的增加量略大于重錘勢(shì)能的減少量，若實(shí)驗(yàn)測量與計(jì)算均無錯(cuò)誤，則出現(xiàn)這一問題的原因可能是C
A．重錘的質(zhì)量偏大B．交流電源的電壓偏高
C．交流電源的頻率小于50Hz
D．重錘下落時(shí)受到的阻力過大．

Answer 1

分析 （1）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槲覀冎�道自由落體運(yùn)動(dòng)只受重力，機(jī)械能就守恒．如果把重物的實(shí)際運(yùn)動(dòng)看成自由落體運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗(yàn)證．
（2）關(guān)鍵是明確，在操作無誤的情況下，應(yīng)有mgh＞$\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}$，所以如果出現(xiàn)重錘動(dòng)能的增加量略大于重錘勢(shì)能的減小量，根據(jù)v=$\frac{{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}}{2T}$=$\frac{（{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}）f}{2}$可知，若實(shí)際交流電源的頻率小于50Hz時(shí)，將f=50Hz代入求出的速度就大于實(shí)際的速度，從而得出$\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}$＞mgh的結(jié)論

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槲覀冎�道自由落體運(yùn)動(dòng)只受重力，只有重力做功，機(jī)械能就守恒．如果把重物的實(shí)際運(yùn)動(dòng)看成自由落體運(yùn)動(dòng)，再運(yùn)用自由落體的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗(yàn)證呢．其中ABC三項(xiàng)都是運(yùn)用了自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解的，故ABC錯(cuò)誤．
故選：D
（2）A、根據(jù)mgh=$\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}$可知，測量結(jié)果與重錘質(zhì)量m無關(guān)，所以A錯(cuò)誤；
B、由v=$\frac{{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}}{2T}$可知，測量結(jié)果與電壓U無關(guān)，所以B錯(cuò)誤；
C、由 $△{E}_{k}^{\;}$=$\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}$，其中v=$\frac{{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}}{2T}$=$\frac{{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}}{2}f$，所以若實(shí)際交流電源的頻率小于50Hz，而將f=50Hz代入上式求出的速度要大于實(shí)際速度，從而導(dǎo)致 $△{E}_{k}^{\;}$＞mgh，所以C正確；
D、根據(jù)能量守恒定律可知，若重錘下落時(shí)受到的阻力過大，則重錘動(dòng)能的增加量應(yīng)小于重力勢(shì)能的減少量，所以D錯(cuò)誤．
故選：C
故答案為：D；   C

點(diǎn)評(píng) 我們做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)過程中，不能用驗(yàn)證的物理規(guī)律和探究的物理結(jié)論去求解問題．
紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度，從而求出動(dòng)能．