Question

用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验：



（1）为进行该实验，备有下列器材可供选择铁架台、打点计时器、复写纸片、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关．其中不必要的器材是______．缺少的器材是______．
（2）若实验中所用重物的质量m=1㎏，打点时间间隔为0.02s，打出的纸带如下图所示，O、A、B、C、D为相邻的几点，测的OA=0.18cm、OB=0.76cm、OC=1.71cm、OD=3.04cm，查出当地的重力加速度g=9.80m/s²，则重物在B点时的动能E_AB=______ J．从开始下落到B点的过程中，重物的重力势能减少量是______J，由此得出的结论是______．（计算结果保留三位有效数字） 
（3）根据纸带算出相关各点的速度v量出下落的距离h，以

v2

2

为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图中的______，就证明机械能是守恒的，图象的斜率代表的物理量是______．

Answer 1

（1）因为我们是比较mgh、

1

2

mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．
通过打点计时器计算时间，故不需要秒表．
打点计时器应该与交流电源连接．
缺少低压交流电源、重锤、直尺．
（2）利用匀变速直线运动的推论
v_B=

xAc

tAC

=

(0.0171-0.0018)m

2×0.02s

=0.3825m/s
根据动能的定义式得出：
E_kB=

1

2

mv_B²=0.0732J
根据重力势能的定义式得出：
当打点计时器打在B点时，重锤的重力势能的减少量为△E_P=mgh=1.0×9.8×0.0076 J=0.0745 J
在实验误差允许的范围内减少的物体重力势能等于其增加的动能，物体自由下落过程中机械能守恒
（3）利用

v2

2

-h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh=

1

2

mv²，即

v2

2

=gh
所以以

v2

2

为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图中的C．
那么

v2

2

-h图线的斜率就等于重力加速度g．
故答案为：（1）天平、秒表、低压直流电源，重锤、直尺、低压交流电源（或交流电源）
（2）0.0732，0.0745，在实验误差允许的范围内减少的物体重力势能等于其增加的动能，物体自由下落过程中机械能守恒
（3）C，重力加速度g