Question

16．某小組通過如下操作探究“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程中機(jī)械能守恒”．

①將兩段帶槽軌道連接在一起，抬起軌道的一端大約5cm，并在它下面墊一木塊，如圖所示．確保裝置的穩(wěn)固性，使一個(gè)小鋼球得以平滑地滾過兩段軌道的連接處；
②測得軌道水平部分的長度為1m；
③在傾斜軌道上某點(diǎn)釋放小球，測量釋放高度（相對(duì)水平軌道）；當(dāng)它到達(dá)軌道水平段時(shí)，啟動(dòng)秒表，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，停下秒表．記錄這段時(shí)間，計(jì)算小球在水平軌道上的速率，將所有數(shù)據(jù)計(jì)算處理，記入下表．
④把所墊木塊分別移動(dòng)到傾斜軌道的$\frac{1}{2}$處、$\frac{1}{3}$處，使軌道傾斜角度增大，重復(fù)步驟③，分別得到2、3兩組數(shù)據(jù)．
⑤把木塊移動(dòng)到傾斜軌道的$\frac{1}{2}$處，不斷改變釋放位置，重復(fù)步驟③，得到第4次及以后各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

試驗(yàn)次數(shù)	釋放高度h（m）	時(shí)間t/（s）	v2
1	0.05	1.03	0.94
2	0.05	1.02	0.96
3	0.05	1.02	0.96
4	0.01	2.20	0.20
5	0.02	1.70
6	0.03	1.30	0.59
7	0.04	1.14	0.77
8	…

請(qǐng)回答下列問題：
（1）請(qǐng)根據(jù)測量計(jì)算第5次實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中v²=0.35m²/s²；
（2）寫出該小組同學(xué)設(shè)計(jì)前三次實(shí)驗(yàn)的目的是探究動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否與斜面傾角有關(guān)；
（3）本實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生誤差的原因（至少寫出兩條）長度測量，時(shí)間測量
（3）摩擦阻力，時(shí)間測量，空氣阻力，長度測量等．（只要合理即可得分）

Answer 1

分析 研究小球水平段的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與速度的關(guān)系求解第5次實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)．前三次釋放的高度是相等的，由此得出與高度有關(guān)；根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處于的方法和測量、讀數(shù)的方法判定產(chǎn)生誤差的可能的原因．

解答 解：由實(shí)驗(yàn)的目的“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程中機(jī)械能守恒”可知，該實(shí)驗(yàn)中，小球在軌道是運(yùn)動(dòng)的過程受到的摩擦力可以忽略不計(jì)，小球在傾斜的高低上下滑的過程中機(jī)械能守恒，而在水平軌道是小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（1）研究小球水平段的運(yùn)動(dòng)，小球做勻速運(yùn)動(dòng)，所以小球通過水平軌道的速度：$v=\frac{l}{t}$，所以：${v}_{5}=\frac{x}{{t}_{5}}=\frac{1}{1.70}$，${v}_{5}^{2}=（\frac{1}{1.70}）^{2}=0.346$m²/s²≈0.35m²/s²；
（2）前3次的實(shí)驗(yàn)過程中，保持小球釋放點(diǎn)的高度不變，若能夠滿足：$gh=\frac{1}{2}{v}^{2}$，就可以說明物體在下滑的過程中獲得的動(dòng)能僅僅與下滑的高度有關(guān)，與斜面的夾角無關(guān)．所以該小組同學(xué)設(shè)計(jì)前三次實(shí)驗(yàn)的目的應(yīng)該是：探究動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否與斜面傾角有關(guān)．
（3）該實(shí)驗(yàn)的目的“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程中機(jī)械能守恒”，即：$gh=\frac{1}{2}{v}^{2}$=$\frac{1}{2}•\frac{{L}^{2}}{{t}^{2}}$，所以需要測量的物理量有物體下滑的高度和小球滑過水平軌道的時(shí)間；
所以誤差產(chǎn)生的原因可能與長度的測量以及時(shí)間的測量有關(guān)．另外，在小球運(yùn)動(dòng)的過程中可能會(huì)受到摩擦阻力，以及空氣的阻力．
故答案為：（1）0.35；（2）探究動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否與斜面傾角有關(guān)；（3）長度測量，時(shí)間測量，摩擦阻力，空氣阻力等．

點(diǎn)評(píng) 探究“物體的勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程中機(jī)械能守恒”的實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)的目的即驗(yàn)證：$gh=\frac{1}{2}{v}^{2}$，理解實(shí)驗(yàn)的目的，即可由實(shí)驗(yàn)的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法與步驟．