5．光電計時器是物理實驗中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，如圖實－4－12中的A和A′，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖實－4－12中的B和B′，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接

收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間．現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如圖實－4－12所示．

圖實－4－12

(1)若要用這套裝置來驗證機械能守恒定律，則要測量的物理量有________________________(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)．

(2)驗證機械能守恒定律的關(guān)系式為________．

解析：本實驗是圍繞機械能守恒定律的驗證設(shè)計的，關(guān)鍵是速度的測定，本題改打點計時器測量速度為光電門測量．由于本裝置可記錄小球通過光電門的時間Δt，則將小球的直徑D除以Δt，即可求出小球經(jīng)過光電門的速度，若再測出兩光電門間相距的高度H，即可驗證機械能守恒定律．

(1)需要測量的物理量有：小球直徑D，兩光電門間的豎直高度H，小球通過上、下兩光電門的時間Δt₁、Δt₂.則小球通過上、下兩光電門處的速度分別為、.

(2)驗證守恒關(guān)系式為：

m()²－m()²＝mgH，

化簡得：－＝2gH.

答案：(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上、下兩光電門的時間Δt₁、Δt₂

(2)－＝2gH

4．用落體法“驗證機械能守恒定律”的實驗中：(g取9.8 m/s²)

(1)運用公式mv²＝mgh時對實驗條件的要求是________________．為此目的，所選擇的紙帶第1、2兩點間的距離應(yīng)接近__________．

(2)若實驗中所用重物質(zhì)量m＝1 kg，打點紙帶如圖實－4－10所示，打點時間間隔為0.02 s，則記錄B點時，重物速度v_B＝________，重物動能E_k＝________；從開始下落起至B點，重物的重力勢能減小量是__________，由此可得出的結(jié)論是____________________________________．

圖實－4－10

(3)根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象應(yīng)是圖實－4－11中的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　)

圖實－4－11

解析：(1)自由下落的物體在第一個0.02 s內(nèi)，下落距離

h＝gt²＝2 mm

(2)v_B＝＝ m/s＝0.59 m/s

E_k＝mv_B²＝×1×0.59² J≈0.174 J

ΔE_p＝mgh＝1×9.8×17.9×10^－3 J≈0.175 J.

答案：(1)自由下落的物體　2 mm

(2)0.59 m/s　0.174 J　0.175 J　在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，動能的增加量等于重力勢能的減少量　(3)C

3．關(guān)于驗證機械能守恒定律實驗，下面列出一些實驗步驟：

A．用天平稱出重物和夾子質(zhì)量

B．將重物系在夾子上

C．將紙帶穿過打點計時器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點計時器，處于靜止?fàn)顟B(tài)

D．把打點計時器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)到6 V(電源不接通)

E．把打點計時器用鐵夾固定放到桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直面內(nèi)

F．在紙帶上選取兩個點，進行測量并記錄數(shù)據(jù)

G．用秒表測出重物下落的時間

H．接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后釋放紙帶

I．切斷電源

J．更換紙帶，重新進行兩次實驗

K．在三條紙帶中選出較好的一條

L．進行計算，得出結(jié)論，完成實驗報告

M．拆下導(dǎo)線，整理器材

對于本實驗以上步驟中，不必要的有__________________；正確步驟的合理順序是______________________(填寫代表字母)．

解析：根據(jù)實驗原理和操作步驟可知不必要的有A、G；正確步驟的合理順序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.

答案：A、G　EDBCHIJKFLM

2．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)刂亓�加速�?i style='mso-bidi-font-style:normal'>g＝9.80 m/s²，測得所用的重物的質(zhì)量為1.00 kg.實驗中得到一條點跡清晰的紙帶(如圖實－4－9所示)，把第一個點記作O，另選連續(xù)的四個點A、B、C、D作為測量的點．經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99 cm,70.18 cm,77.76 cm,85.73 cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于________ J，動能的增加量等于________J(取三位有效數(shù)字)．

圖實－4－9

解析：根據(jù)測量數(shù)據(jù)，重物從O點運動到C點下落的高度h＝0.7776 m，故重力勢能減

少量

ΔE_p＝mgh＝1.00×9.80×0.7776 J＝7.62 J

重物動能的增加量ΔE_k＝mv_C²－mv₀²

根據(jù)實驗情況，重物在O點的速度v₀＝0，C點的速度v_C等于重物從B點到D點這一

段時間Δt＝2× s內(nèi)的平均速度．由實驗數(shù)據(jù)可得

v_C＝＝ m/s＝3.8875 m/s

重物的動能增加量

ΔE_k＝mv_C²＝×1.00×3.8875² J＝7.56 J.

答案：7.62　7.56

1．下列關(guān)于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法中，正確的是　　 (　)

A．重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差

B．重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差

C．重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差

D．紙帶下落和打點不同步會造成較大誤差

解析：從需要驗證的關(guān)系式gh_n＝看，與質(zhì)量無關(guān)，A錯誤．當(dāng)重物質(zhì)量大一些時，空氣阻力可以忽略，B正確，C錯誤．紙帶先下落而后打點，此時，紙帶上最初兩點的點跡間隔較正常時略大，用此紙帶進行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是重物在打第一個點時就有了初動能，因此重物動能的增加量比重物重力勢能的減少量大，D正確．

答案：BD

6．某同學(xué)在測定勻變速直線運動的加速度時，得到了幾條較為理想的紙帶，已在每條紙帶上每5個計時點取好了一個計數(shù)點，即兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s，依打點先后編為0、1、2、3、4、5.由于不小心，紙帶被撕斷了，如圖實－1－12所示．請根據(jù)給出的A、B、C、D四段紙帶回答：(填字母)

圖實－1－12

(1)從紙帶A上撕下的那段應(yīng)該是B、C、D三段紙帶中的________．

(2)打A紙帶時，物體的加速度大小是________m/s².

解析：因小車做勻變速直線運動，加速度保持不變，打A紙帶時，加速度

a＝＝＝ m/s²

＝0.6 m/s².

又小車運動的加速度：a＝，

則4、5兩點間隔為：

x₅＝x₂+3aT²＝36.0×10^－3 m+3×0.6×0.1² m

＝54×10^－3 m

所以從紙帶A上撕下的那段應(yīng)是C.

答案：(1)C　(2)0.6

5．(2009·天津高考)如圖實－1－11所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可以測定重力加速度．

圖實－1－11

(1)所需器材有打點計時器(帶導(dǎo)線)、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需________(填字母代號)中的器材．

A．直流電源、天平及砝碼

B．直流電源、毫米刻度尺

C．交流電源、天平及砝碼

D．交流電源、毫米刻度尺

(2)通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù)，提高實驗的準(zhǔn)確程度．為使圖線的斜率等于重力加速度，除作v－t圖象外，還可作________圖象，其縱軸表示的是____________，橫軸表示的是________．

解析：(1)打點計時器需接交流電源．重力加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，所以不需要天平和砝碼．計算速度需要測相鄰計數(shù)點的距離，需要刻度尺，選D.

(2)由公式v²＝2gh，如繪出－h圖象，其斜率也等于重力加速度．

答案：(1)D　(2)－h　速度平方的二分之一　重物下落的高度

4．(2010·宿遷模擬)光電計時器是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖實－1－10(a)所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋光到擋光結(jié)束的時間記錄下來．圖(b)中MN是水平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點，1和2是固定在長木板上適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光電計時器沒有畫出，長木板頂端P點懸有一鉛錘，實驗時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0×10^－2s和4.0×10^－3s.用精度為0.05 mm的游標(biāo)卡尺測量滑塊的寬度為d，其示數(shù)如圖(c)所示．

圖實－1－10

　(1)滑塊的寬度d＝________cm.

(2)滑塊通過光電門1時的速度v₁＝________m/s，滑塊通過光電門2時的速度v₂＝________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(3)由此測得的瞬時速度v₁和v₂只是一個近似值，它們實質(zhì)上是通過光電門1和2時的________，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將________的寬度減小一些．

解析：(1)d＝10 mm+0.05 mm×2

＝10.10 mm＝1.010 cm.

(2)v₁＝＝ m/s＝1.0 m/s

v₂＝＝ m/s＝2.5 m/s.

(3)v₁、v₂實質(zhì)上是通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實值，可將滑塊的寬度減小一些．

答案：(1)1.010　(2)1.0　2.5

(3)平均速度　滑塊

3．在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，用打點計時器記錄紙帶運動的時間，　 計時器所用電源的頻率為50 Hz，如圖實－1－9所示是一次實驗得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰的兩計數(shù)點間都有四個點未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5、6七個計數(shù)點，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6點到0點的距離分別為1.40 cm、3.55 cm、6.45 cm、10.15 cm、14.55 cm、19.70 cm.由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時刻的瞬時速度大小為v₄＝__________ m/s，小車的加速度大小a＝______m/s².(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

圖實－1－9

解析：v₄＝＝ m/s

＝0.405 m/s

x₁′＝0.0140 m，x₂′＝x₂－x₁＝0.0215 m

x₃′＝x₃－x₂＝0.0290 m

x₄′＝x₄－x₃＝0.0370 m

x₅′＝x₅－x₄＝0.0440 m

x₆′＝x₆－x₅＝0.0515 m

a＝

＝m/s²

＝0.756 m/s².

答案：0.405　0.756

2．在“探究速度隨時間的變化規(guī)律”的實驗中，某同學(xué)的操作中有以下實驗步驟，其中錯誤或遺漏的步驟有______________________．(遺漏步驟可編上序號G、H、…)

A．拉住紙帶，將小車移至靠近打點計時器處，先放開紙帶，再接通電源

B．將打點計時器固定在平板上，并接好電源

C．把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下面吊著適當(dāng)重的鉤碼

D．取下紙帶

E．將平板無滑輪的一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速運動

F．將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔

將以上步驟完善后按合理順序填寫在橫線上

________________________________________________________________________.

解析：A中應(yīng)先接通電源，再放開紙帶．C中應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)繩與平板平行，D中應(yīng)先斷開電源，使打點計時器停止工作，E屬于多余步驟．應(yīng)補充G，換上新紙帶，重復(fù)操作兩次．H，斷開電源，整理好器材．正確合理的順序應(yīng)為B、F、C、A、D、G、H.

答案：見解析