Question

19．如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材：带铁夹的铁架台、电火花打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平．回答下列问题：
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有AD．（填入正确选项前的字母）
A．毫米刻度尺
B．秒表
C.0～12V的可调节直流电源
D.0～220V的可调节交流电源
（2）用打点计时器打出一条纸带，前后要连续进行一系列的操作，你认为需要并合理的步骤是BADC．（选出下列几点中需要的字母后按合理顺序排列）
A．释放纸带   B．接通电源
C．取下纸带    D．切断电源
（3）释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是丙．（填“甲”、“乙”或“丙”）
（4）下列所说的实验中涉及的处理方法或实验结果，其中正确的是AE．
A．该实验中即使不用天平测重锤的质量，同样也可以验证机械能守恒定律
B．该实验选取的纸带，测量发现所打的第一和第二点间的距离约1.7mm，表明打点计时器打第一点时重锤的速度不为零
C．本实验中需要直接测量得到的物理量是重锤下落的高度，通过计算得到的是当地的重力加速度值和速度值
D．为了计算方便，本实验中先选一条打点计时器打第一点时重锤的速度为零的清晰纸带，然后通过对纸带的测量、分析，求出当地的重力加速度的值，再代入表达式：mgh=$\frac{1}{2}$mv²进行验证
E．本实验中，实验操作非常规范，数据处理足够精确，实验结果一定是mgh略大于$\frac{1}{2}$mv²，不可能出现$\frac{1}{2}$mv²略大于mgh．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）根据实验原理和要求：实验中先接通电源，再释放纸带，然后切断电源，最后取下纸带．
（3）该实验中为了减小实验误差，释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置，并且使重物靠近打点计时器．
（4）本实验是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程：mgh=$\frac{1}{2}$mv²，应选用选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2mm的纸带，这种情况下重物所受的阻力较小．重力加速度与本实验无关，是预知的物理量．由于本实验存在阻力，重物下落过程中要克服阻力作用，所以减小的重力势能没有完全转化为动能．

解答 解：（1）通过打点计时器计算时间，故不需要秒表．
打点计时器应该与交流电源连接．
需要刻度尺测量纸带上两点间的距离．
故选：AD．
（2）根据实验原理和要求：实验中先接通电源，再释放纸带，然后切断电源，最后取下纸带，所以实验的步骤顺序为BADC．
（3）为了减小实验误差，释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置，并且使重物靠近打点计时器．故合力的位置因为丙图．
（4）A、因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故A正确；
B、由h=$\frac{1}{2}$gt²求出第一个打点周期时间 t=0.02s内，重锤自由下落距离为h=$\frac{1}{2}×9.8×0.0{2}^{2}$m≈2mm，说明这种情况下重物所受的阻力很小，实验误差较小，故B错误．
C、D、在本实验中，直接测量的有：用刻度尺测量重锤下落的高度．重力加速度与本实验无关，是预知的物理量．通过计算得到的有与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度．故C、D错误．
E、由于本实验存在阻力，重物下落过程中要克服阻力作用，所以减小的重力势能没有完全转化为动能，故实验结果一定是mgh略大于$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，不可能出$\frac{1}{2}m{v}^{2}$略大于mgh．故E正确．
故选：AE．
故答案为：（1）AD　（2）BADC　（3）丙　（4）AE

点评 对于实验的具体操作，不光要靠记忆理解，要亲自动手实验，切实去体会．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、误差分析等，会起到事半功倍的效果．