Question

19．用自由落体验证机械能守恒定律的实验装置如图所示．
（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低压直流电源、天平、秒表．缺少的器材是交流电源、刻度尺与重物．
（2）关于该实验，下列说法正确的是B
A．重物应选用密度小的物体
B．两个限位孔应在同一竖直线上
C．打点计时器应接低压直流电源
D．应先释放纸带，后接通电源
（3）若实验中所用重物的质量m=1㎏，打点时间间隔为0.02s，打出的纸带如图所示，O、A、B、C、D为相邻的几点，测的OA=0.78cm、OB=1.79cm、OC=3.14cm、OD=4.90cm，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_KB=0.174J从开始下落到B点的过程中，重物的重力势能减少量是0.175J．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）理解该实验的实验原理，需要测量的数据等；明确打点计时器的使用；理解实验中的注意事项以及如何进行数据处理；对于任何实验注意从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚；
（3）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度，从而得出B点的动能，根据下降的高度求出物体重力势能的减小量，从而判断机械能是否守恒．

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，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．
即不必要的器材是直流电源、天平、秒表，
缺少的器材是交流电源，刻度尺与重物．
（2）A、为了让重物的运动接近自由落体，忽略阻力；重物应选择密度大体积小的物体；故A错误；
B、手提纸带时使纸带保持竖直，与限位孔应在同一竖直线上，从而减小摩擦力，故B正确；
C、打点计时器利用振针的振动打点，应采用交流电源；故C错误；
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．
故选：B；
（3）匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{3.14-0.78}{2×0.02}×1{0}^{-2}$=0.59m/s 
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×1×0.5{9}^{2}$J=0.174J．
重物重力势能的减小量△E_p=mgh=1×9.8×0.0179J=0.175J．
故答案为：（1）低压直流电源、天平，秒表；交流电源，刻度尺与重物；
（2）B；
（3）0.174 J．  0.175J．

点评 对于基础实验要从实验原理出发去理解，要亲自动手实验，深刻体会实验的具体操作，不能单凭记忆去理解实验；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，重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．