Question

9．如图1为某同学“验证机械能守恒定律”的实验装置图．

 （1）现有的器材：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、导线若干．为完成此实验，除了所给的器材，还需要AC．（填选项前的字母）
A．刻度尺                    B．秒表
C．6V以下交流电源             D．220V交流电源
（2）实验中纸带释放前瞬间的四种情景如照片所示（图2），其中最合适的操作是D
（3）如图3所示，该同学通过正确的操作得到了一条纸带，图中O点是打出的第1个点，计数点A、B、C、D之间分别还有一个点．各计数点与O点之间的距离已测出．打点计时器的打点周期为T=0.02s，则打点计时器打下C点时重物的速度v_C=3.1m/s．（结果保留两位有效数字）
（4）该同学测得纸带上OC间的距离h及C点的速度v_C，当两者间满足关系式$gh=\frac{1}{2}v_C^2$时，说明重物下落过程中机械能守恒（已知重力加速度为g）．

Answer 1

分析 根据实验需要测量的物理量确定所需的器材；为了纸带有效地使用，重物应紧靠打点计时器，为了减小阻力的影响，纸带应竖直，手抓着纸带的上方．
根据匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可以得出C点的瞬时速度大小，根据功能关系可得出正确表达式，因存在摩擦阻力，导致减小的重力势能不能完全转化为动能．

解答 解：（1）打点计时器可以测量时间，不需要秒表，在实验中需要测量速度和下落的距离，所以需要刻度尺；电磁打点计时器使用6V以下交流电源，
故选：AC．
（2）在验证机械能守恒定律的实验中，实验时，应让重物紧靠打点计时器，手拉着纸带的上方，保持纸带竖直，由静止释放．故D正确，A、B、C错误．
（3）根据匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，得出C点的瞬时速度大小分别为：
v_C=$\frac{0.6300-0.3815}{2×0.04}$=3.1m/s
（3）要验证物体从开始到C的过程中机械能是否守恒，则需满足$\frac{1}{2}$mv_C²=mgh，
即$\frac{1}{2}$v_C²=gh，说明下落过程中重锤的机械能守恒．
故答案为：（1）AC；（2）D； （3）3.1；（4）$gh=\frac{1}{2}v_C^2$．

点评 正确利用所学物理规律解决实验问题，熟练应用物理基本规律，因此这点在平时训练中要重点加强，注意数据的单位转换，及产生误差分析的根源．