Question

9．验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法．
（1）有下列器材可供选择：铁架台、天平、电火花打点计时器、墨粉纸、纸带、低压直流电源，天平、秒表，重物、导线外，多余的器材是天平、低压直流电源、停表，缺少的器材是刻度尺．
（2）已知所用电火花打点计时器所接电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度为g=9.80m/s²，重物质量为0.5kg，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计时点对应刻度尺的读数如图2所示．图中O点是打点计时器打出的第一个点（此时重物的速度为零），A、B、C、D分别是连续打出的计时点．重物由O点运动到C点时，重物的重力势能的减少量△E_P=1.60J，此过程中物体动能的增加量△E_k=1.56J．（保留三位有效数字）

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，清楚该实验的误差来源；
（2）、根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值，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，从而求出动能变化量．

解答 解：（1）根据实验原理，需要验证下列方程成立
mgh=$\frac{1}{2}$mv²，
即：gh=$\frac{1}{2}$v²
则不需要天平．v由打点计时器打下的纸带测出，不需要秒表．
电火花打点计时器工作220v交流电源，故不需要低压直流电源．纸带处理中点之间的距离需要刻度尺．
（2）重物的重力势能的减少量为：△E_P=mgh=0.5×9.8×0.326J=1.60J
打C点重物速度为：v=$\frac{0.38-0.28}{2×0.02}$=2.5m/s，
物体动能的增加量为：△E_k=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{1}{2}×0.5×$（2.5）²=1.56 J
故答案为：（1）天平、低压直流电源、停表，刻度尺；（2）1.60，1.56

点评 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．
通过该题理解验证性实验的特点，把握实验原理，提升实验能力，该题是考查基础实验知识的好题．