Question

7．（1）做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的BD（填字母）

（2）该实验要验证的是重锤重力势能的减少等于它动能的增加，以下说法正确的是BC（填字母）
A．必须用天平称出重锤的质量
B．要把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重锤提升到靠近打点计时器的位置
C．要先接通电源，再释放纸带
D．要用秒表测出重锤下落的时间
（3）实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，把第一个点记做O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.40cm、70.20cm、78.00cm、85.80cm．已知重锤的质量为2.00kg，打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g=9.80m/s²．根据以上数据，可知重锤由O点运动到C点，重力势能的减少量等于15.3J，动能的增加量等于15.2J．（结果均取3位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的物理器材，
（2）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，只有这样才能明确每步操作的具体含义，从而确定哪些步骤是必须的，哪些是不必要的；
（3）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）验证机械能守恒，即验证重物重力势能的减小量和动能的增加量是否相等，所以需要重物，点迹间的时间间隔可以通过打点计时器直接得出，不需要秒表，实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，从而得出下降的高度以及瞬时速度的大小，故选：BD；
（2）A、在数据处理中，质量m可以约去，故质量也不需要测量，只需验证gh=$\frac{{v}^{2}}{2}$即可，因此A错误；
B、要把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重锤提升到靠近打点计时器的位置，故B正确；
C、要先接通电源，再释放纸带，便于纸带充分利用，故C正确；
D、在本实验中由于采用了打电计时器，故不需要有用秒表，故D错误．
（3）重力势能减小量为：△E_p=mgh=2.0×9.8×0.78J=15.3J．
在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_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.858-0.702}{2×0.02}$=3.9m/s
△E_k=$\frac{1}{2}$mv${\;}_{C}^{2}$=$\frac{1}{2}×2×3．{9}^{2}$=15.2J
故答案为：（1）BD；（2）BC；（3）15.3，15.2．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，会通过实验原理确定实验的器材，以及知道实验误差的来源；
纸带问题的处理时力学实验中常见的问题，对于这类问题要熟练应用运动学规律和推论进行求解，计算过程中要注意单位的换算和有效数字的保留．