Question

9．小華在實驗室中用打點計時器驗證機械能守恒定律，其實驗裝置如圖1所示：
（1）為了完成實驗，下列器材中必備的是AB
A．交流電源         B．刻度尺   C．秒表           D．天平
（2）選擇好器材后，小華同學(xué)通過正確的操作得到了一條實驗紙帶，如圖2所示，圖中O點是打出的第1個點，計數(shù)點A、B、C、D之間分別還有一個點．各計數(shù)點與O點之間的距離已測出．已知打點計時器的打點周期為T=0.02s，則打點計時器打下C點時重錘的速度v_C=3.1m/s．（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

（3）小華通過紙帶得到OC的距離h及C點的速度v_C，當(dāng)兩者間的關(guān)系式滿足$\frac{1}{2}$v_C²=gh時，說明下落過程中重錘的機械能守恒（已知重力加速度為g）．
（4）實驗中誤差產(chǎn)生的原因可能是：紙帶與打點計時器之間存在摩擦．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗需要測量的物理量確定所需的器材．根據(jù)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，可以得出C點的瞬時速度大小，根據(jù)功能關(guān)系可得出正確表達(dá)式，因存在摩擦阻力，導(dǎo)致減小的重力勢能不能完全轉(zhuǎn)化為動能．

解答 解：（1）在驗證機械能守恒定律的實驗中，需驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，因為動能和重力勢能都含有質(zhì)量，所以物體的質(zhì)量可以不測，不需要天平，打點計時器可以測量時間，不需要秒表，在實驗中需要測量速度和下落的距離，所以需要刻度尺；
故選：AB．
（2）根據(jù)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，得出C點的瞬時速度大小分別為：
v_C=$\frac{0.6300-0.3815}{2×0.04}$=3.1m/s
（3）要驗證物體從開始到C的過程中機械能是否守恒，則需滿足$\frac{1}{2}$mv_C²=mgh，
即$\frac{1}{2}$v_C²=gh，說明下落過程中重錘的機械能守恒．
（4）由于實驗過程中紙帶與打點計時器之間摩擦阻力的存在，重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化給了摩擦阻力做功產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重錘減少的勢能總是略大于重錘動能的增加，
故答案為：（1）AB；（2）3.1；（3）$\frac{1}{2}$v_C²=gh；（4）紙帶與打點計時器之間存在摩擦．

點評 正確利用所學(xué)物理規(guī)律解決實驗問題，熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓(xùn)練中要重點加強，注意數(shù)據(jù)的單位轉(zhuǎn)換，及產(chǎn)生誤差分析的根源．