Question

16．利用自由落體做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有下列器材可供選擇：
①鐵架臺(tái)；②電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；③復(fù)寫紙；④低壓直流電源；⑤天平；⑥秒表；⑦導(dǎo)線；⑧紙帶
（1）其中實(shí)驗(yàn)中不必要的器材是（填序號(hào)）④⑤⑥；
（2）除上述器材外還差的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺．
（3）若已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz、當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g=9.8m/s²，重物質(zhì)量為m kg，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖所示，其中O為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為另外3個(gè)連續(xù)點(diǎn)，由圖中數(shù)據(jù)，可知重物由0點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)重力勢(shì)能減少量△E_p=7.6mJ，動(dòng)能增量△E_k=7.5mJ，產(chǎn)生誤差的原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 通過實(shí)驗(yàn)的原理出發(fā)，確定所需測(cè)量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材．
紙帶實(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．由于紙帶通過時(shí)受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢(shì)能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢(shì)能的減小量明顯大于動(dòng)能的增加量．

解答 解：（1、2）該實(shí)驗(yàn)中，要有做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體重錘；通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要的是交流電源，因此低壓直流電源不需要，缺少低壓交流電源，由于驗(yàn)證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中缺少刻度尺．
所以不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平．缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺．
（3）重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，重物的重力勢(shì)能的減少量△E_p=mgh=m×9.8×0.7776J≈7.6mJ．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論
v_B=$\frac{0.8576-0.7018}{2×0.02}$=3.89m/s，
則△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×m×（3.89）²≈7.5m J，
重物動(dòng)能的增加量略小于重物重力勢(shì)能的減少量的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．
故答案為：（1）④⑤⑥；（2）低壓交流電源、重錘、刻度尺；
（3）7.6m；7.5m；紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．

點(diǎn)評(píng) 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測(cè)數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果．運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢(shì)能的定義式解決問題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問題．要注意單位的換算．要知道重物帶動(dòng)紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．