Question

14．在用图1所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”的实验中
（1）下列器材中不必要的是A（填字母）．
A．天平      B．刻度尺      C．低压交流电源     D．纸带
（2）图2是本实验中所打出来的一条纸带，O点是起始打下来的第一个点，则应该是纸带的左端与重物相连（填“左”或“右”）．

（3）根据图中的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s₀，点A、C间的距离为s₁，点C、E间的距离为s₂，打点计时器打点周期为T，重物质量为m，重力加速度为g，则：
①根据这些条件计算打C点时重物下落的瞬时速度的表达式为V_C=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}$（用S₁、S₂、T表示）．
②若要验证O点到C点过程中重物的机械能守恒，则需要验证的等式为$g（{s}_{0}+{s}_{1}）=\frac{1}{2}（\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}）^{2}$（用m、g、s₀、s₁、s₂、T表示）．
（4）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，这是实验存在系统误差的必然结果，其产生的主要原因是摩擦阻力及空气阻力做功．

Answer 1

分析 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C点的瞬时速度，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量，得出机械能守恒的表达式．
根据原来分析实验误差产生的原因．

解答 解：（1）实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要天平测量质量，故A不必要．
（2）在相等时间内位移越来越大，可知纸带的左端与重物相连．
（3）C点的瞬时速度等于AE段的平均速度，则v_C=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}$．
O到C过程中动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m（\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}）^{2}$，重力势能的减小量为△E_p=mg（s₀+s₁），则需要验证的等式为：$g（{s}_{0}+{s}_{1}）=\frac{1}{2}（\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}）^{2}$．
（4）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，这是实验存在系统误差的必然结果，其产生的主要原因是摩擦阻力及空气阻力做功．
故答案为：（1）A；（2）左；（3）①$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}$，②$g（{s}_{0}+{s}_{1}）=\frac{1}{2}（\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}）^{2}$；（4）摩擦阻力及空气阻力做功．

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，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解重力势能的减小量．