Question

15．在进行“验证机械能守恒定律”的实验中

（1）在实验中，两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验．
①在甲图中，下落物体应选择密度大 （选填“大”或“小”）的重物；在乙图中，两个重物的质量关系是m₁＞m₂（选填“＞”、“=”或“＜”）．
②采用图乙的方案进行实验，还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和天平．
③比较两种实验方案，你认为甲 更合理，理由是在乙图中还受到细线与滑轮之间的阻力影响．
（2）有一同学采用了甲图所示的方案，选出一条纸带如图丙所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz交流电，查得当地的重力加速度g=9.8m/s²，在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为0.5kg，根据以上数据当打点针打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了0.867J；这时它的动能是0.856J；根据上面这两个数据你能得到的结论是：在误差允许的范围内，重力势能的减小量与动能的增加量相等，机械能守恒．（结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）在验证机械能守恒定律的实验中，应选择质量大，体积小的物体作为重物．乙图是验证系统机械能守恒，通过实验的原理确定测量的器材和两个重物的质量关系．乙方案还受到细线和滑轮之间阻力的影响，对验证机械能守恒定律有影响．
（2）根据下降的高度求出重力势能的减小量，结合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，得出动能的增加量．

解答 解：（1）①为了减小实验的误差，甲图中的重物应选择质量大，体积小的重物，即密度大的重物．乙图是验证系统机械能是否守恒，m₁向下运动，m₂向上运动，所以m₁＞m₂．
②验证系统机械能是否守恒，即验证系统动能的增加量和系统重力势能的减小量是否相等，动能的增加量为△E_k=$\frac{1}{2}$（m₁+m₂）v²，
重力势能的减小量为△E_P=（m₁-m₂）gh．
可知需要测量两个重物的质量，所以实验器材还需要天平．
③甲方案更合理，因为在乙图中还受到细线与滑轮之间的阻力影响．
（2）重力势能的减小量△E_p=mgx_OB=0.5×9.8×0.1769J=0.867J；
B点的速度v_B=$\frac{0.2590-0.1113}{2×0.04}$m/s=1.85m/s，
则B点的动能E_kB=$\frac{1}{2}$×0.5×（1.85）²=0.856J．
根据上面这两个数据你能得到的结论是：在误差允许的范围内，重力势能的减小量与动能的增加量相等，机械能守恒．
故答案为：（1）①大；＞
②天平
③甲；在乙图中还受到细线与滑轮之间的阻力影响
（2）0.867；0.856；在误差允许的范围内，重力势能的减小量与动能的增加量相等，机械能守恒．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定测量的器材以及误差的来源．
要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．