Question

15．驗證機械能守恒定律，裝置如圖1所示．

（1）除圖中器材外，還需要BE（填序號）．
A．220V直流電源  
B．220V交流電源  
C．彈簧秤
D．天平           
E．刻度尺         
F．秒表
（2）下列說法，正確的是AB．
A．在安裝電磁計時器時，紙帶要穿過兩個限位孔
B．為了減小誤差，重物質(zhì)量應(yīng)適當大些
C．實驗時，應(yīng)先松開紙帶，重錘運動穩(wěn)定后再接通電源
D．若t為起點到某點的時間，計算該點的速度可用公式v=gt
（3）若重物的質(zhì)量m=1.00㎏，如圖2為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續(xù)點（其他點未畫出）．已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．那么紙帶的左端（選填“左”或“右’）與重物相連；根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點和B點來驗證機械能守恒定律；
（4）從O點到所取點，重物重力勢能減少量△E_p=1.88J，動能增加量△E_k=1.84J； （計算結(jié)果取3位有效數(shù)字）
（5）實驗的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘的機械能守恒．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理確定所需測量的物理量，從而確定所需的物理器材．
（2）根據(jù)實驗的原理以及操作中的注意事項確定正確的操作步驟．
（3）根據(jù)相等時間內(nèi)的位移越來越大，確定紙帶哪一端與重物相連．
（4）根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，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B點的速度，從而得出動能的增加量．
（5）根據(jù)動能增加量和重力勢能減小量之間的關(guān)系得出實驗的結(jié)論．

解答 解：（1）電火花打點計時器使用220V的交流電源，實驗驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，兩端都有質(zhì)量，可以約去，所以不需要天平、彈簧秤，打點計時器可以直接記錄時間，不需要秒表，可以用刻度尺測量點跡間的距離，從而得出瞬時速度和下降的高度．故選：BE．
（2）A、在安裝電磁計時器時，紙帶要穿過兩個限位孔，故A正確．
B、為了減小阻力的影響，重錘質(zhì)量應(yīng)大一些，體積小一些，故B正確．
C、實驗時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶，故C錯誤．
D、某點的瞬時速度可以根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度進行求解，不能通過v=gt求解，否則是運用機械能守恒驗證機械能守恒，故D錯誤．
故選：AB．
（3）紙帶在重物的拖動下，速度越來越快，在相等時間內(nèi)的位移越來越大，可知紙帶的左端與重物相連；根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點和B點來驗證機械能守恒 定律．
（4）從O點到B點，重力勢能的減小量△E_p=mgx_OB=1×9.8×0.192J≈1.88J，B點的瞬時速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.2323-0.1555}{0.04}m/s$=1.92m/s，則動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.9{2}^{2}$J≈1.84J．
（5）可知，實驗的結(jié)論是在在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘的機械能守恒．
故答案為：（1）BE，（2）AB，（3）左，B，（4）1.88，1.84，（5）在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘的機械能守恒．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理以及操作中的注意事項，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量，會根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量．