Question

20．在利用自由落体法“验证机械能守恒定律”的一次实验中，实验室中准备了如下器材：
A．电火花打点计时器（包含碳粉纸片）、B.220V交流电源、C．铁架台（含铁夹）、D．重锤、E．天平、F．秒表、G．纸带．
（1）上述器材中不必要的是EF（只需填字母代号），还缺少的器材是刻度尺．
（2）实验得到的纸带如图所示，则纸带的P（用字母P或C表示）端与重物相连；
（3）从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量为△E_p，此过程中物体动能的增加量为△E_k；通过计算，数值上△E_p＞△E_k（填“＜”、“＞”或“=”），这是因为存在空气阻力．

Answer 1

分析 通过实验的原理出发，确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材，以及不必要的器材．纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度．从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答 解：（1）该实验中，要有做自由落体运动的物体重锤，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，同时实验中缺少刻度尺．
所以不必要的器材有：秒表（F）、天平（E）．缺少的器材是刻度尺，
（2）物体做加速运动，由纸带可知，纸带上所打点之间的距离越来越大，这说明物体与纸带的左端相连，即P点．
（3）利用匀变速直线运动的推论
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.0706-0.0314}{0.04}$=0.98m/s
重物由B点运动到C点时，重物的重力势能的减少量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.0501 J=0.49J．
E_kB=$\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$=0.48J，则△E_P＞△E_k，这是由于存在空气阻力的原因．
故答案为：（1）EF；刻度尺；（2）P；（3）＞；存在空气阻力

点评 运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题．要注意单位的换算．要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．