Question

15．验证机械能守恒定律，装置如图1所示．

（1）除图中器材外，还需要BE（填序号）．
A．220V直流电源  
B．220V交流电源  
C．弹簧秤
D．天平           
E．刻度尺         
F．秒表
（2）下列说法，正确的是AB．
A．在安装电磁计时器时，纸带要穿过两个限位孔
B．为了减小误差，重物质量应适当大些
C．实验时，应先松开纸带，重锤运动稳定后再接通电源
D．若t为起点到某点的时间，计算该点的速度可用公式v=gt
（3）若重物的质量m=1.00㎏，如图2为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）．已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s²．那么纸带的左端（选填“左”或“右’）与重物相连；根据图上所得的数据，应取图中O点和B点来验证机械能守恒定律；
（4）从O点到所取点，重物重力势能减少量△E_p=1.88J，动能增加量△E_k=1.84J； （计算结果取3位有效数字）
（5）实验的结论是在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒．

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）根据实验的原理以及操作中的注意事项确定正确的操作步骤．
（3）根据相等时间内的位移越来越大，确定纸带哪一端与重物相连．
（4）根据下降的高度求出重力势能的减小量，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点的速度，从而得出动能的增加量．
（5）根据动能增加量和重力势能减小量之间的关系得出实验的结论．

解答 解：（1）电火花打点计时器使用220V的交流电源，实验验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，两端都有质量，可以约去，所以不需要天平、弹簧秤，打点计时器可以直接记录时间，不需要秒表，可以用刻度尺测量点迹间的距离，从而得出瞬时速度和下降的高度．故选：BE．
（2）A、在安装电磁计时器时，纸带要穿过两个限位孔，故A正确．
B、为了减小阻力的影响，重锤质量应大一些，体积小一些，故B正确．
C、实验时应先接通电源，再释放纸带，故C错误．
D、某点的瞬时速度可以根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度进行求解，不能通过v=gt求解，否则是运用机械能守恒验证机械能守恒，故D错误．
故选：AB．
（3）纸带在重物的拖动下，速度越来越快，在相等时间内的位移越来越大，可知纸带的左端与重物相连；根据图上所得的数据，应取图中O点和B点来验证机械能守恒 定律．
（4）从O点到B点，重力势能的减小量△E_p=mgx_OB=1×9.8×0.192J≈1.88J，B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.2323-0.1555}{0.04}m/s$=1.92m/s，则动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.9{2}^{2}$J≈1.84J．
（5）可知，实验的结论是在在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒．
故答案为：（1）BE，（2）AB，（3）左，B，（4）1.88，1.84，（5）在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒．

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及操作中的注意事项，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求出重力势能的减小量．