Question

19．用自由落體驗證機械能守恒定律的實驗裝置如圖所示．
（1）為進行該實驗，備有下列器材可供選擇
鐵架臺、打點計時器、復寫紙片、紙帶、低壓直流電源、天平、秒表、導線、開關．其中不必要的器材是低壓直流電源、天平、秒表．缺少的器材是交流電源、刻度尺與重物．
（2）關于該實驗，下列說法正確的是B
A．重物應選用密度小的物體
B．兩個限位孔應在同一豎直線上
C．打點計時器應接低壓直流電源
D．應先釋放紙帶，后接通電源
（3）若實驗中所用重物的質量m=1㎏，打點時間間隔為0.02s，打出的紙帶如圖所示，O、A、B、C、D為相鄰的幾點，測的OA=0.78cm、OB=1.79cm、OC=3.14cm、OD=4.90cm，查出當地的重力加速度g=9.80m/s²，則重物在B點時的動能E_KB=0.174J從開始下落到B點的過程中，重物的重力勢能減少量是0.175J．

Answer 1

分析 （1）通過實驗的原理出發(fā)，確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材．
（2）理解該實驗的實驗原理，需要測量的數據等；明確打點計時器的使用；理解實驗中的注意事項以及如何進行數據處理；對于任何實驗注意從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚；
（3）根據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，根據下降的高度求出物體重力勢能的減小量，從而判斷機械能是否守恒．

解答 解：（1）該實驗中，要有做自由落體運動的物體重錘；通過打點計時器來記錄物體運動時間，不需要秒表，打點計時器需要的是交流電源，因此低壓直流電源不需要，缺少低壓交流電源，由于驗證機械能公式中可以把物體質量約掉，因此不需要天平，同時實驗中缺少刻度尺．
即不必要的器材是直流電源、天平、秒表，
缺少的器材是交流電源，刻度尺與重物．
（2）A、為了讓重物的運動接近自由落體，忽略阻力；重物應選擇密度大體積小的物體；故A錯誤；
B、手提紙帶時使紙帶保持豎直，與限位孔應在同一豎直線上，從而減小摩擦力，故B正確；
C、打點計時器利用振針的振動打點，應采用交流電源；故C錯誤；
D、開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差，故D錯誤．
故選：B；
（3）勻變速直線運動中，時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，因此有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{3.14-0.78}{2×0.02}×1{0}^{-2}$=0.59m/s 
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×1×0.5{9}^{2}$J=0.174J．
重物重力勢能的減小量△E_p=mgh=1×9.8×0.0179J=0.175J．
故答案為：（1）低壓直流電源、天平，秒表；交流電源，刻度尺與重物；
（2）B；
（3）0.174 J．  0.175J．

點評 對于基礎實驗要從實驗原理出發(fā)去理解，要親自動手實驗，深刻體會實驗的具體操作，不能單憑記憶去理解實驗；要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉化的過程和能量守恒，重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉化給了動能還有一部分轉化給摩擦產生的內能．