Question

18．某同學驗證機械能守恒定律，所用裝置如圖1所示．

（1）除交流電源外，還需要C．
A．彈簧秤         B．天平
C．刻度尺         D．秒表
（2）若重物的質(zhì)量m=1.00kg，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；
（3）根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)從O點到B點，重物重力勢能減少量△E_p=1.88 J，動能增加量△E_k=1.84 J； （計算結(jié)果取3位有效數(shù)字）
（4）實驗的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，重物的機械能守恒．

Answer 1

分析 （1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．
（2）根據(jù)紙帶運動的特點以及打點規(guī)律可明確開始下落的位置；
（3）紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．根據(jù)功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．
（4）根據(jù)減小的重力勢能和增加的動能進行分析，明確機械能是否守恒．

解答 解：（1）本實驗中需要測量兩點間的距離，故需要用到刻度尺；
（2）從紙帶上可以看出，越向右，兩點間的間距越大，則可以看出0點為打出來的第一個點，速度為0，重物自由下落，初速度為0．所以紙帶的左端應與重物相連．
（3）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.1920 J≈1.88J．
利用勻變速直線運動的推論有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{23.23-15.55}{2×0.02}$=192.0cm/s=1.92m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1.00×（1.92）²≈1.84 J
△E_k=E_kB-0=1.84 J
（4）由以上計算可知，在誤差允許范圍內(nèi)，重物的機械能守恒．
故答案為：（1）刻度尺； （2）左；（3）1.88； 1.84，誤差允許范圍內(nèi)，重物的機械能守恒．

點評 本題考查驗證機械能守恒定律的實驗，要注意掌握運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題，在重力勢能和動能的計算中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．