Question

12．在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中
（1）為進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，備有下列器材可供選擇：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫(xiě)紙片、紙帶、低壓直流電源、天平、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、重錘．其中不必要的器材是天平、低壓直流電源，缺少的器材是直尺、低壓交流電源（或交流電源）．．
（2）若實(shí)驗(yàn)中所用重錘的質(zhì)量m=1.00kg，重錘由靜止自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)．如圖所示為選取的一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開(kāi)始選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)（其他點(diǎn)末畫(huà)出）．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一次點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．則重物在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能是1.84J；從開(kāi)始下落到B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能減少量是1.88J（以上兩空計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，
（4）寫(xiě)出本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源之一：重錘下落過(guò)程中，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦．

Answer 1

分析 （1）書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚；
（2、3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出B點(diǎn)的速度大小，即可進(jìn)一步求出動(dòng)能的增加量，根據(jù)重力做功和重力勢(shì)能之間的關(guān)系，可以求出重力勢(shì)能的減小量，從而判斷機(jī)械能是否守恒；
（4）由于重錘下落過(guò)程中，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)存在誤差．

解答 解：（1）其中不必要的器材是：天平，因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、$\frac{1}{2}$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)器使用的是交流電源，故不必要的器材是低壓直流電源；
缺少的是刻度尺，我們需要刻度尺測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，低壓交流電源．
（2）B點(diǎn)的速度為：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.2323-0.1555}{0.04}$=1.92m/s．
動(dòng)能的增量為：$△{E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.9{2}^{2}$=1.84J
重力勢(shì)能的減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.192=1.88J
（3）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)減少的物體重力勢(shì)能等于其增加的動(dòng)能，物體自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒；
（4）由于重錘下落過(guò)程中，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)存在誤差．
故答案為：（1）天平、低壓直流電源，直尺、低壓交流電源（或交流電源）；（2）1.84；1.88；
（3）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過(guò)程中機(jī)械能守恒；
（4）重錘下落過(guò)程中，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理，以及掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度，明確實(shí)驗(yàn)存在誤差的原因，難度適中．