Question

5．某同學(xué)完成了“驗證機械能守恒定律”的實驗
（1）實驗中，除鐵架臺、夾子、紙帶和重物等器料外，還需要BCE．
A．秒表     B．刻度尺    C．打點計時器   D．直流電源  E．交流電源
（2）下列有關(guān)操作步驟敘述正確的是AC．
A．安裝打點計時器時，兩紙帶限位孔應(yīng)在同一豎直線上
B．實驗時，在松開紙帶讓重物下落的同時，應(yīng)立即接通電源
C．若紙帶上開頭打出的幾點模糊不清，也可設(shè)法用后面清晰的點進行驗證  
D．計算某點的瞬時速度時可以利用公式 v=gt
（3）某位同學(xué)通過實驗得到如圖所示的紙帶，己知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.04s，重物的質(zhì)量m=1kg，g=9.8m/s²，那么從打點計時器打下起點O到打下B點的過程中，重物重力勢能的減少量△E_p=2.28J，此過程中重物動能的增加量△E_k=2.26J（以上兩空保留三位有效數(shù)宇）．由此可得到的結(jié)論是：在誤差允許范圍內(nèi)，重物下落的機械能守恒．

Answer 1

分析 （1）通過實驗的原理出發(fā)，確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材．
（2）驗證機械能守恒定律，即驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，在實驗中需減小阻力的影響，比如重錘選擇質(zhì)量大，體積小的，安裝打點計時器時，兩紙帶限位孔應(yīng)在同一豎直線上．實驗時，應(yīng)先接通電源再釋放紙帶．
（3）紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）該實驗中，要有做自由落體運動的物體重錘；通過打點計時器來記錄物體運動時間，不需要秒表，
因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，因此需要用刻度尺測量長度．
由于使用打點計時器，因此還需要交流電源．
（2）A、安裝打點計時器時，兩紙帶限位孔應(yīng)在同一豎直線上，減小紙帶所受的阻力．故A正確．
B、實驗時，應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶．故B錯誤．
C、若紙帶上開頭打出的幾點模糊不清，也可設(shè)法用后面清晰的點進行驗證，驗證重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等．故C正確．
D、計算某點的瞬時速度時，利用平均速度等于中時刻瞬時速度，不可以利用公式 v=gt，這是理論推導(dǎo)公式，故D錯誤．
（3）重力勢能減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.2325J=2.28  J．
利用勻變速直線運動的推論，有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.3250-0.1550}{2×0.04}$=2.12m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=2.26 J
由于重力勢能減小量略大于動能的增加量，在誤差允許范圍內(nèi)，重物下落的機械能守恒．
故答案為：（1）BCE；（2）AC；（3）2.28，2.26，在誤差允許范圍內(nèi)，重物下落的機械能守恒．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果．
要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒，注意在答機械能守恒時，必須在前面加上“在誤差允許范圍內(nèi)”．