Question

19．如圖甲所示是使用電磁打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗裝置圖：

（1）打點計時器必須接低壓交流（填“220交流”、“低壓交流”或“低壓直流”）電源，打點計時器點與點之間的時間間隔是0.02s；
（2）乙圖是實驗后打出的紙帶的，實驗時應先接通電源后釋放紙帶（選填“接通電源”“釋放紙帶”）；
（3）若重物的質(zhì)量m=100g且圖中1號點為起點，測得圖中s=3.88cm，則6號點的速度v=0.97m/s，對應的動能為0.047J；測得圖中L=4.90cm，則從起點1到6號點減少的重力勢能為0.048J（以上計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，g=9.8m/s²）；
（4）比較這個過程中動能的增加量與勢能的減少量可以得出結(jié)論在誤差允許的范圍內(nèi)，動能的增加量與重力勢能的減少量相等，機械能守恒．

Answer 1

分析 驗證機械能守恒定律，即驗證鉤碼重力勢能的減小量與動能的增加量是否相等，運用打點計時器需使用交流電源．紙帶處理時需刻度尺．用打點計時器做實驗時，實驗步驟要求先接通電源，讓打點計時器正常工作后，釋放紙帶．
根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的速度，從而得出B點的動能，根據(jù)下降的高度求出物體重力勢能的減小量，從而判斷機械能是否守恒．

解答 解：（1）組裝時應注意調(diào)節(jié)計時器的面板在豎直面內(nèi)，打點計時器應接在低壓交流電源上，因電源的頻率為50Hz，因此打點計時器點與點之間的時間間隔是0.02s．
（2）如果先放開紙帶開始運動，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差；同時先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打滿點，故實驗時手在釋放紙帶之前 接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點．
（3）6點的速度為：
v₆=$\frac{{x}_{57}}{2T}$=$\frac{s}{2T}$=$\frac{0.0388}{0.04}$=0.97m/s
則6點的動能為：E_k6=$\frac{1}{2}$m${v}_{6}^{2}$=$\frac{1}{2}×0.1×0.9{7}^{2}$=0.047J．
重物重力勢能的減小量：△E_p=mgh=0.1×9.8×0.049J=0.048J．
（4）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)減少的物體重力勢能等于其增加的動能，物體自由下落過程中機械能守恒．
故答案為：（1）低壓交流，0.02；
（2）接通電源，釋放紙帶；
（3）0.97，0.047，0.048；
（4）在誤差允許的范圍內(nèi)，動能的增加量與重力勢能的減少量相等，機械能守恒．

點評 本題是利用自由落體運動測定重力加速度．注意打點計時器的使用方法，能熟練根據(jù)勻變速直線運動的公式求解速度和加速度等物理量，要知道實驗過程中重物受到空氣阻力和限位孔與紙帶間的摩擦阻力等作用對實驗結(jié)果的影響．