Question

1．如圖甲所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可驗證重物的機械能守恒．

（1）已準(zhǔn)備的器材有打點計時器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還必須選用的器材是D（填字母代號）．
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）安裝好實驗裝置，正確進(jìn)行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖乙所示．圖中O點為打點起始點，選取紙帶上打出的連續(xù)點A、B、C…作為計數(shù)點，測出其中E、F、G點距起始點O的距離分別為h₁、h₂、h₃．為了驗證此實驗過程中重物的機械能是否守恒，計算出從O點到F點的過程中，重錘重力勢能的減少量△E_p=mgh₂，動能的增加量△E_k=$\frac{m（{h}_{3}-{h}_{1}）^{2}}{8{T}^{2}}$（用題中所給字母表示）．
（3）實驗結(jié)果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，該誤差是否能通過多次測量取平均值的方法來減少否（填“是”或“否”）．

Answer 1

分析 （1）在驗證機械能守恒的實驗中，驗證動能的增加量與重力勢能的減小量是否相等，所以要測重錘下降的距離和瞬時速度，測量瞬時速度和下降的距離均需要刻度尺，不需要秒表，重錘的質(zhì)量可以不測．
（2）本實驗通過驗證減少的重力勢能mgh是否與增加的動能$\frac{1}{2}$mv²相等，來驗證機械能是否守恒，在處理數(shù)據(jù)時，高度h必須用刻度尺測量，速度v必須根據(jù)平均速度公式來求，不能通過運動學(xué)公式來算出，否則得不到實驗驗證．
（3）實驗過程由于存在摩擦力，重物要克服摩擦力做功，重力勢能的減少量要稍大于動能的增加量．

解答 解：（1）打點計時器的工作電源是交流電源，在實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離從而可知道重錘下降的距離，以及通過紙帶上兩點的距離，求出平均速度，從而可知瞬時速度，本實驗還需要的實驗器材是：交流電源與毫米刻度尺，故選D；
（2）從打下O點到打下F點的過程中，重錘重力熱能的減少量△E_P=mgh₂．
F點的瞬時速度：v=$\frac{EG}{2T}$=$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$，則動能的增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_F²=$\frac{m（{h}_{3}-{h}_{1}）^{2}}{8{T}^{2}}$；
（3）實驗過程由于存在阻力，要克服阻力做功，重力勢能的減少量略大于動能的增加量，該誤差是不能通過多次測量取平均值的方法來減少．
故答案為：（1）D；（2）mgh₂；$\frac{m（{h}_{3}-{h}_{1}）^{2}}{8{T}^{2}}$；（3）否．

點評 本題考查驗證機械能守恒定律的實驗，要明確各種實驗儀器的使用方法和實驗的實驗原理是解決實驗問題的關(guān)鍵，注意實驗過程中盡量減小摩擦阻力的影響，同時掌握瞬時速度通過實驗數(shù)據(jù)算出，而不是理論推算，下落高度是通過刻度尺來測量而得．