题目内容

4．使用质量为m的重锤和电磁打点计时器进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台（带铁夹）、重锤、电磁打点计时器及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、导线、电键．
（1）其中不必要的器材有低压直流电源、天平；
（2）缺少的器材是低压交流电源、刻度尺．
（3）实验中在选定的纸带上依次取1、2、3、4四个连续的计时点，如图所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，纸带的左端与重物相连．设打点计时器的打点周期为T，且“0”为打下的第一个点．当打点计时器打点“3”时，物体的动能表达式为$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$，若设打点计时器打“0”点时重物所在的位置为零势能面，当打“3”点时物体的机械能表达式为$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$-mgs3（重力加速度用“g”表示，“3”点的动能用“$\frac{1}{2}$mv32”表示）．

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、2）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，打点计时器需要的是交流电源，因此低压直流电源不需要，缺少低压交流电源，
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．
（3）利用匀变速直线运动的推论
v3=$\frac{{x}_{24}}{{t}_{24}}$=$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$
则动能表达式Ek3=$\frac{1}{2}$mv32=$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$；
以重物的运动起点O为参考点
3点的重力势能等于Ep=-mgh=-mgs3 ，
当打第点“3”时物体的机械能表达式为：$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$-mgs3
故答案为：（1）低压直流电源、天平；
（2）低压交流电源、刻度尺；
（3）$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$，$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$-mgs3

点评 正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据等，会起到事半功倍的效果；要运用运动学的公式去求解速度大小．再求出动能．某个位置的重力势能的求解要规定零势能面．

练习册系列答案
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