Question

19．在采用圖1示裝置（部分遮擋）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：所用電源的頻率為50Hz．某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離（單位：mm）如圖2所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D、E分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)．

（1）若實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的計(jì)時(shí)器為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝要使兩個(gè)限位孔在同一豎直（填“水平”或“豎直”）線上，以減少摩擦阻力．
（2）在安裝紙帶時(shí)，應(yīng)將紙帶置于復(fù)寫紙（或墨粉紙盤）的下方（填“上方”或“下方”）．把紙帶固定在重物上，應(yīng)在放開紙帶之前（填“之前”或“之后”）接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
（3）從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必須的，其編號(hào)為ABD．
A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（包括紙帶）      　B．重物
C．天平                        D．毫米刻度尺
E．秒表（或停表）              　F．運(yùn)動(dòng)小車
（4）若重錘的質(zhì)量為0.2kg，則重錘從開始下落到打B點(diǎn)時(shí)，減少的重力勢(shì)能是0.382J，從重錘下落到打B點(diǎn)時(shí)增加的動(dòng)能是0.376J，得到的結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒．（取g=9.8m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)重物豎直下落，則兩個(gè)限位孔在同一豎直；
（2）為減小阻力，則紙帶置于復(fù)寫紙（或墨粉紙盤）的下方，且先接通電源，后釋放紙帶；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理確定所需測(cè)量的物理量，從而確定所需的器材；
（4）根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量；根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量；

解答 解：（1）若實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的計(jì)時(shí)器為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝要使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上，以減少摩擦阻力；
（2）在安裝紙帶時(shí)，應(yīng)將紙帶置于復(fù)寫紙（或墨粉紙盤）的 下方，從而減小阻力．
把紙帶固定在重物上，應(yīng)在放開紙帶之前接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，便于紙帶的充分利用；
（3）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（含紙帶）、重錘是必須的，為了測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，需要毫米刻度尺；因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平；
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身可以計(jì)算時(shí)間，所以不需要秒表，實(shí)驗(yàn)用的是重錘，不需要運(yùn)動(dòng)小車．故選：ABD．
（4）重錘從開始下落到B點(diǎn)時(shí)，減小的重力勢(shì)能△E_p=mgh=0.2×9.8×0.195J=0.382J；
B點(diǎn)的瞬時(shí)速度v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.2805-0.125}{0.08}$m/s≈1.94m/s，
從重錘下落到打B點(diǎn)時(shí)增加的動(dòng)能△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×0.2×1.94²J=0.376J．
在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）豎直；
（2）下方，之前；
（3）ABD；
（4）0.382，0.376，在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，抓住動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量是否相等分析判斷，會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)的原理確定所需的器材，注意實(shí)驗(yàn)中要盡量減小紙帶受到的阻力是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是否守恒的前提．