Question

15．在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗中

（1）在實驗中，兩實驗小組同學分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實驗方案進行實驗．
①在甲圖中，下落物體應選擇密度大 （選填“大”或“小”）的重物；在乙圖中，兩個重物的質量關系是m₁＞m₂（選填“＞”、“=”或“＜”）．
②采用圖乙的方案進行實驗，還需要的實驗器材有交流電源、刻度尺和天平．
③比較兩種實驗方案，你認為甲 更合理，理由是在乙圖中還受到細線與滑輪之間的阻力影響．
（2）有一同學采用了甲圖所示的方案，選出一條紙帶如圖丙所示，其中O點為起始點，A、B、C為三個計數(shù)點，打點計時器通以50Hz交流電，查得當?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，在計數(shù)點A和B之間、B和C之間還各有一個點，重錘的質量為0.5kg，根據(jù)以上數(shù)據(jù)當打點針打到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了0.867J；這時它的動能是0.856J；根據(jù)上面這兩個數(shù)據(jù)你能得到的結論是：在誤差允許的范圍內，重力勢能的減小量與動能的增加量相等，機械能守恒．（結果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）在驗證機械能守恒定律的實驗中，應選擇質量大，體積小的物體作為重物．乙圖是驗證系統(tǒng)機械能守恒，通過實驗的原理確定測量的器材和兩個重物的質量關系．乙方案還受到細線和滑輪之間阻力的影響，對驗證機械能守恒定律有影響．
（2）根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，結合某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的速度，從而得出B點的動能，得出動能的增加量．

解答 解：（1）①為了減小實驗的誤差，甲圖中的重物應選擇質量大，體積小的重物，即密度大的重物．乙圖是驗證系統(tǒng)機械能是否守恒，m₁向下運動，m₂向上運動，所以m₁＞m₂．
②驗證系統(tǒng)機械能是否守恒，即驗證系統(tǒng)動能的增加量和系統(tǒng)重力勢能的減小量是否相等，動能的增加量為△E_k=$\frac{1}{2}$（m₁+m₂）v²，
重力勢能的減小量為△E_P=（m₁-m₂）gh．
可知需要測量兩個重物的質量，所以實驗器材還需要天平．
③甲方案更合理，因為在乙圖中還受到細線與滑輪之間的阻力影響．
（2）重力勢能的減小量△E_p=mgx_OB=0.5×9.8×0.1769J=0.867J；
B點的速度v_B=$\frac{0.2590-0.1113}{2×0.04}$m/s=1.85m/s，
則B點的動能E_kB=$\frac{1}{2}$×0.5×（1.85）²=0.856J．
根據(jù)上面這兩個數(shù)據(jù)你能得到的結論是：在誤差允許的范圍內，重力勢能的減小量與動能的增加量相等，機械能守恒．
故答案為：（1）①大；＞
②天平
③甲；在乙圖中還受到細線與滑輪之間的阻力影響
（2）0.867；0.856；在誤差允許的范圍內，重力勢能的減小量與動能的增加量相等，機械能守恒．

點評 解決本題的關鍵知道實驗的原理，通過原理確定測量的器材以及誤差的來源．
要提高應用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習中要加強基礎知識的理解與應用．