Question

4．某同學想利用如圖（a）所示的裝置來驗證由小車A與重物B組成的系統(tǒng)機械能守恒．
（1）現(xiàn)提供如下器材：
A．小車    B．重物    C．一端帶滑輪的長木板  D．細繩    E．電火花計時器    F．紙帶
G．毫米刻度尺    H．低壓交流電源   I．220V交流電源   J．6V蓄電池    K．天平
實驗中不需要的器材是HJ（填寫選項前的字母）．
（2）對重物B質(zhì)量的選擇要求是A（填寫選項前的字母）．
A．質(zhì)量大一些       B．質(zhì)量小一些
（3）主要實驗步驟：
A．用天平分別測出小車及重物的質(zhì)量為M、m
B．按圖安裝好裝置：將帶滑輪的平板水平放置，掛重物后，細繩須與木板平行
C．將小車拉至靠近打點計時器，接通電源，釋放小車
D．取下紙帶，并重復多次，得到幾條打點紙帶．選用點跡清晰的紙帶進行數(shù)據(jù)處理實驗中有一重大疏漏，請指出并改正：應平衡摩擦力．
（4）數(shù)據(jù)處理
將改正實驗疏漏后得到的紙帶，去掉前面比較密集的點，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)點0-6，測出各點間距離如圖（b）所示，已知電火花計時器的打點周期為T，要驗證在第l點與第5點時系統(tǒng)的機械能相等，則系統(tǒng)的動能增加量△E_k=$\frac{1}{8{T}^{2}}（M+m）（（g67n0gp_{6}-3vexfjo_{4}）^{2}-uu3jnvj_{2}^{2}）$，重力勢能的減小量△E_p=mg（d₅-d₁），如果在誤差允許的范圍內(nèi)△E_k=△E_p，則系統(tǒng)的機械能守恒．

（5）如圖（c）所示是課本上提供的實驗方案，比較兩種實驗方案，你認為圖c所對應的方案更合理（填“a”或“c”），理由是a圖對應的實驗方案中還受到細線與滑輪間阻力影響．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理確定需要的器材．
（2）對重物B質(zhì)量的選擇要求是質(zhì)量大一些、體積小一些．
（3）有摩擦力存在，影響驗證機械能守恒，在實驗前應先平衡摩擦力．
（4）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出瞬時速度的大小，結合下降的高度得出系統(tǒng)重力勢能的減小量，通過瞬時速度求出系統(tǒng)動能的增加量；
（5）根據(jù)機械能守恒定律的條件，即可求解．

解答 解：（1）實驗使用的是電火花打點計時器，電火花打點計時器使用的是220V的交流電源，則不需要低壓交流電源以及6V的蓄電池．故選HJ．
（2）重物應選擇質(zhì)量大一些，體積小一些的重錘，故選A．
（3）由于摩擦力影響驗證機械能守恒定律，所以實驗前應先平衡摩擦力．
（4）第l點與第5點內(nèi)，系統(tǒng)重力勢能的減小量為mg（d₅-d₁），
1點的瞬時速度v₁=$\frac{yiisybd_{2}}{2T}$，5點的瞬時速度v₂=$\frac{c5ij56w_{6}-hcrcu5x_{4}}{2T}$，
則系統(tǒng)動能的增加量△E_k=$\frac{1}{8{T}^{2}}$ （M+m）[（d₆-d₄）²-d₂²]，
重力勢能的減小量△E_p=mg（d₅-d₁）；
（5）當只有重力做功時，系統(tǒng)的機械能才守恒，
因此比較兩種實驗方案，我認為圖C，方案合理，
原因是：a圖對應的實驗方案中還受到細線與滑輪間阻力影響；
故答案為：（1）HJ；（2）A；（3）應平衡摩擦力；（4）$\frac{1}{8{T}^{2}}（M+m）（（cvheqxe_{6}-0yjoaek_{4}）^{2}-k0pqyzy_{2}^{2}）$，mg（d₅-d₁）；
（5）c，a圖對應的實驗方案中還受到細線與滑輪間阻力影響．

點評 解決本題的關鍵知道實驗的原理，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度和加速度的大�。�