Question

15．如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平、交流电源．请回答下列问题：
（1）为完成此实验，除了现有的器材外，还需要的器材有刻度尺；
（2）关于本实验，在操作过程准确无误的情况下，下列说法中正确的是BD．
A．实验时一定要称出重锤的质量
B．实验中测得重锤重力势能的减少量△E_p略大于它动能的增加量△E_k，是因为阻力做功造成的
C．如果纸带上打下的第1、2点模糊不清，则无论用何种方法处理数据，该纸带都不能用于验证机械能守恒定律
D．处理实验数据时，可直接利用打下的连续实际点迹作为“计数点”
（3）若按实验要求选出合适的纸带进行测量，量得连续三个计数点A、B、C到第一个点O的距离如图2所示（相邻两点时间间隔为0.02s），当地重力加速度的值为9.80m/s²，重锤质量为0.500kg，那么打下点B时重锤的速度v_B=2.00m/s，从O到B的过程中重力势能减少量△E_p=1.05J（计算结果均保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）纸带各点间距离需要刻度尺测量；
（2）实验时不需要称出重锤的质量；
阻力做功使得实验中测得重锤重力势能的减少量△E_p略大于它动能的增加量△E_k；
如果纸带上打下的第1、2点模糊不清，可以选择纸带上其他清晰两点来验证机械能守恒定律；
处理实验数据时，可直接利用打下的连续实际点迹作为“计数点”；
（3）要测量重物下落的高度，要计算与下落高度相对应的重锤的瞬时速度．根据下降的高度求出重力势能的减小量；根据某段时间内平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出该点的瞬时速度，从而求出动能的变化量．

解答 解：（1）纸带各点间距离需要刻度尺测量，所以还需要的器材有刻度尺；
（2）实验时不需要称出重锤的质量，故A错误；
阻力做功使得实验中测得重锤重力势能的减少量△E_p略大于它动能的增加量△E_k ，故B正确；
如果纸带上打下的第1、2点模糊不清，可以选择纸带上其他清晰两点来验证机械能守恒定律，故C错误；
处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法，若采用计数点，是使测量长度变长，从而减小测量长度的误差，故D正确．
（3）B点时重锤的速度等于AC两点间的平均速度．AC间距为：
${x}_{AC}=（25.71-17.72）cm=7.99cm=7.99×1{0}^{-2}m$
B点时重锤的速度为：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{7.99×1{0}^{-2}}{2×0.02}m/s=2.00m/s$
从O到B的过程中重力势能减少量为：
△E_p=mgh=0.500×9.8×0.2152J=1.05J
故答案为：（1）刻度尺；（2）BD；（3）2.00，1.05．

点评 解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验原理，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和重力势能．