Question

7．如圖所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用重物帶動紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置可驗證機械能守恒定律．
（1）已準(zhǔn)備的器材有打點計時器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物，此外還需要的器材是D（填字母代號）
A．直流電源、天平及砝碼
B．直流電源、毫米刻度尺
C．交流電源、天平及砝碼
D．交流電源、毫米刻度尺
（2）實驗中需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h，某同學(xué)對實驗得到的紙帶，設(shè)計了一下四種測量方案，這些方案中合理的是：D
A．用刻度尺測出物體下落的高度h，自打點間隔數(shù)算出下落時間t，通過v=gt計算出瞬時速度v
B．用刻度尺測出物體下落的高度h，通過v=$\sqrt{2gh}$計算出瞬時速度v
C．根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計算得出高度h
D．用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時，紙帶上某點的瞬時速度等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v．
（3）安裝好實驗裝置，正確進行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖所示．圖中O點為打點起始點，且速度為零．選取紙帶上打出的連續(xù)點A、B、C、…作為計數(shù)點，測出其中E、F、G點距起始點O的距離分別為h₁、h₂、h₃，已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g，計時器打點周期為T．為了驗證此實驗過程中機械能是否守恒，需要計算出從O點到F點的過程中，重錘重力勢能的減少量△E_P=mgh₂，動能的增加量△E_k=$\frac{m（{h}_{3}-{h}_{1}）^{2}}{8{T}^{2}}$（用題中所給字母表示）

Answer 1

分析 （1）在驗證機械能守恒的實驗中，驗證動能的增加量與重力勢能的減小量是否相等，所以要測重錘下降的距離和瞬時速度，測量瞬時速度和下降的距離均需要刻度尺，不需要秒表，重錘的質(zhì)量可以不測．
（2）根據(jù)實驗的原理逐項分析判斷，注意不能通過v=gt、v=$\sqrt{2gh}$求解瞬時速度．
（3）根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，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F點的速度，從而得出動能的增加量．

解答 解：（1）打點計時器的工作電源是交流電源，在實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離從而可知道重錘下降的距離，以及通過紙帶上兩點的距離，求出平均速度，從而可知瞬時速度，本實驗還需要的實驗器材是：交流電源與毫米刻度尺，故選：D；
（2）ABD、實驗中瞬時速度通過某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度去求解，不能根據(jù)v=gt和v=$\sqrt{2gh}$求解，否則就默認了機械能守恒，失去驗證的意義．故A、B錯誤，D正確．
C、實驗中，用刻度尺測量物體下落的高度，不能根據(jù)h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$計算得出高度h，故C錯誤．
故選：D．
（3）從O點到F點的過程中，重錘重力勢能的減少量△E_P=mgh₂，F(xiàn)點的瞬時速度${v}_{F}=\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$，則動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{F}}^{2}$=$\frac{m（{h}_{3}-{h}_{1}）^{2}}{8{T}^{2}}$．
故答案為：（1）D；（2）D；（3）mgh₂，$\frac{m（{h}_{3}-{h}_{1}）^{2}}{8{T}^{2}}$．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理以及注意事項，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量，會根據(jù)下降的高度求解重力勢能的減小量．