Question

在利用重錘下落探究動能與重力勢能的轉化和守恒的實驗中：
（1）有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，紙帶，秒表，導線，電鍵，天平．其中不必要的器材有

秒表、天平

；缺少的器材是

低壓交流電源、重錘、刻度尺

．
（2）實驗中用打點計時器打出的紙帶如圖所示，其中，A為打下的第1個點，C、D、E、F為距A較遠的連續(xù)選取的四個點（其他點子未標出）．用刻度尺量出C、D、E、F到A的距離分別為s₁，s₂，s₃，s₄重錘的質量為m，電源的頻率為f，實驗地點的重力加速度為g．現選紙帶中的D點作為參考點，設打該點時重錘的重力勢能為零．為了探究重錘動能與重力勢能的轉化和守恒，則應計算出：打下D點時重錘的速度v=

1

2

f(s3-s1)

（文字表達式），那么重錘下落過程中動能與重力勢能的總和E=

1

8

mf2(s3-s1)2

（文字表達式）．再分別測量并計算紙帶上其他各點對應的重錘的動能和重力勢能之和，進行比較分析，即可完成實驗與探究．

Answer 1

分析：解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
根據重力勢能變化量△E_P=mgh，確定高度h求解．由勻變速直線運動的推論求出D點速度，再求動能的增加量為△E_k．

解答：解：在該實驗中，通過打點計時器來記錄物體運動時間，不需要秒表．
本題實驗需要驗證的方程是：mgh=

1

2

mv2，即gh=

1

2

v2，由于驗證機械能公式中可以把物體質量約掉，因此不需要用天平測量重物的質量；
電磁打點計時器應接在電壓為4-6V交流電源．所以缺少低壓交流電源，研究對象：重錘，以及測量距離的刻度尺．
由勻變速直線運動的推論可知，打下D點時重錘的速度等于CE間的平均速度，即：v_D=

s3-s1

2T

=

s3-s1

2? 1 f

=

1

2

f(s3-s1)．
選紙帶中的D點作為參考點，打該點時重物的重力勢能為零，則重錘下落過程中動能與重力勢能的總和：E=

1

2

m

v

2 D

=

1

2

m[

1

2

f(s3-s1)2]=

1

8

mf2(s3-s1)2．
故答案為：（1）秒表、天平；低壓交流電源、重錘、刻度尺
（2）

1

2

f(s3-s1)；

1

8

mf2(s3-s1)2

點評：本題考查了驗證機械能守恒定律中的數據處理方法，注意物理基本規(guī)律尤其是勻變速直線運動規(guī)律在實驗中的應用．
正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、所測數據、誤差分析等，會起到事半功倍的效果．