Question

19．在“机械能守恒定律”实验中：
（1）实验室提供了以下实验器材：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，低压交流电源，导线，开关，天平，重锤．其中不必要的器材有：天平；缺少的器材是刻度尺．
（2）实验室中有两种重锤，重锤A质量为50g，重锤B质量为200g，应选用B；（选填字母代号）
（3）实验中获得如图2所示纸带，其中各数据为相邻点之间的间距，经计算得出B，E两点速度为v_B、v_E，若重锤的质量是m，从B到E的距离设为h_BE，在该过程中，重锤动能变化量△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{E}^{2}$-$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$；重力对重锤所做的功W=mgh_BE．△E_k与W的大小关系是△E_k＜W （选填“＞”、“=”或“＜”）；
（4）实验中产生误差的主要原因是纸带与打点计时器间存在摩擦，存在空气阻力．
（5）在验证机械能守恒定律时，如果以$\frac{{v}^{2}}{2}$为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是通过原点的直线，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于g的数值

Answer 1

分析 在验证机械能守恒的实验中，验证动能的增加量与重力势能的减小量是否相等，所以要测重锤下降的距离和瞬时速度，测量瞬时速度和下降的距离均需要刻度尺，不需要秒表，重锤的质量可测可不测；
为了减小实验的误差，重锤选择质量大，体积小的．
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、E点的速度，从而求出动能的变化量，根据下降的高度求出重力做功的大小，比较出△E_k与W的大小关系．
利用v²-h图线处理数据，如果mgh=$\frac{1}{2}$mv²，那么$\frac{1}{2}$v²-h图线的斜率就等于g．

解答 解：（1）其中不必要的器材是：因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小关系，故m可约去，不需要用天平．
缺少的器材是：毫米刻度尺，在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离从而可知道重锤下降的距离，以及通过纸带上两点的距离，求出平均速度，从而可知瞬时速度．
（2）为了减小阻力的影响，重锤选择质量大，体积小的，即密度大的，所以选择质量为200g的铅锤．
故选：B．
（3）重锤动能变化量△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{E}^{2}$-$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$，
重力对重锤做功W=mgh_BE．
由于要克服阻力做功，所以：△E_k与W的大小关系是△E_k＜W．
（4）实验中产生误差的主要原因是：纸带与打点计时器间存在摩擦，存在空气阻力．
（5）利用$\frac{1}{2}$v²-h图线处理数据，如果mgh=$\frac{1}{2}$mv²那么图线应该是过原点的直线，斜率就等于g．
故选：D．
故答案为：
（1）天平，刻度尺  （2）B；（3）$\frac{1}{2}$m${v}_{E}^{2}$-$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$，mgh_BE，＜
（4）纸带与打点计时器间存在摩擦，存在空气阻力   
（5）通过原点的直线，g

点评 解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验的原理，知道需要测量哪些量，需要哪些器材．实验原理是数据处理方法和误差分析的基础．
利用图象问题结合数学知识处理物理数据是实验研究常用的方法．我们更多的研究直线图形，找出其直线的斜率和截距．