Question

5．小明同學(xué)為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，現(xiàn)有的器材：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．如圖1回答下列問(wèn)題：
（1）為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，該同學(xué)還需要的器材有AD
A．毫米刻度尺          B．秒表
C．低壓直流電源        D．低壓交流電源
（2）已知電源的頻率為50Hz．測(cè)得重錘的質(zhì)量為0.20kg．實(shí)驗(yàn)中得到一條清晰的紙帶，截取其中一段，其測(cè)量情景如圖2所示，其中A、B、C、D、E是紙帶上連續(xù)的五個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)．（已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，以下計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

①重錘下落過(guò)程中打出B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度為1.18m/s；
②重錘從B到D下落的過(guò)程中，重力勢(shì)能減少了0.107J；
③比較重錘從B到D的過(guò)程中重力勢(shì)能的減小量與動(dòng)能的增加量，從而驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒．

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢(shì)能減小量等于重力做功的數(shù)值

解答 解：（1）通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)算時(shí)間，故不需要秒表．
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該與交流電源連接．
需要刻度尺測(cè)量紙帶上兩點(diǎn)間的距離．
故選AD．
（2）：利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}=\frac{0.047-0}{2×0.02}m/s=1.18m/s$
E_PBD=mgh_BD=0.2×9.8×0.0545J=0.107J
到達(dá)D點(diǎn)的速度為${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{{t}_{CE}}=\frac{0.065}{2×0.02}m/s=1.63m/s$
根據(jù)重力勢(shì)能的定義式得出：
從打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D的過(guò)程中，動(dòng)能的增加量為△E_k=mgh=$\frac{1}{2}{mv}_{D}^{2}-\frac{1}{2}{mv}_{B}^{2}=0.106$J，在誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒
故答案為：（1）AD  （2）1.18，0.107，在誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒

點(diǎn)評(píng) 運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢(shì)能的定義式解決問(wèn)題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問(wèn)題．
要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留