Question

“動能定理”和“機械能守恒定律”是物理學中很重要的兩個力學方面物理規律．有一名同學設計了如圖1所示的實驗裝置．一個電磁鐵吸住一個小鋼球，當將電磁鐵斷電后，小球由靜止開始向下加速運動．小鋼球經過光電門時，計時裝置將記錄小鋼球通過光電門所用的時間t用直尺測量出小鋼球由靜止開始下降到光電門時的高度h．
（1）這名同學為了驗證“動能定理”，用游標卡尺測量了小鋼球的直徑，結果如圖2所示，他記錄下來小鋼球的直徑d=

 

cm．

（2）這名同學在驗證“動能定理”的過程中，忽略了空氣阻力的影響，除了上述的數據之外是否需要測量小鋼球的質量？

 

（填“需要”或“不需要”）
（3）該同學如果打算用這套裝置驗證機械能守恒定律，你覺得下面的哪些做法能提高實驗的精度

 

A、在保證其它條件不變的情況下，減小小球的直徑
B、在保證其它條件不變的情況下，增大小球的直徑
C、在保證其它條件不變的情況下，增大小球的質量
D、在保證其它條件不變的情況下，減小小球的質量．

Answer 1

分析：（1）游標卡尺先讀主尺再讀出游標尺，游標尺不估讀；
（2）由動能定理表達式可知質量會被消掉；
（3）從實驗的測量原理可判定各個選項．

解答：解：
（1）主尺讀數為：1cm，游標尺第0個刻度和主尺對其，精確度為0.1mm，故游標尺讀數為0.00cm，故小鋼球的直徑為1.00cm．
（2）由動能定理：mgh=

1

2

mv2，化簡得：gh=

1

2

v2，故不需要測量小鋼球的質量．
（3）實驗方案為：以小球通過光電門的時間得到小球的平均速度，以此來表示瞬時速度v=

d

t

，然后驗證：mgh=

1

2

mv2，即gh=

1

2

v2是否成立，由此驗證機械能守恒，故：
AB、小球的直徑越小v越精確，故A正確，B錯誤．
CD、由于實際存在阻力故：
mgh-fh=

1

2

mv2，
即：
gh-

fh

m

=

1

2

v2．
可知所以質量越大，

fh

m

這一項越小，精確性越高，故C正確，D錯誤．
故選：AC
故答案為：（1）1.00；（2）不需要；（3）AC．

點評：本題難點在于第三問，要明確實驗的原理，綜合不考慮空氣阻力和考慮空氣阻力兩種情況，分別列動能定理來討論．