Question

为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：
A．铁架台  B．打点计时器  C．复写纸  D．纸带  E．低压交流电源  F．天平  G．秒表  H．导线
（1）上述器材不必要的是

 

（只填字母代号），缺少的器材是

 

．
（2）质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点如图所示，O为第一个点，A、B、C为相邻的点，相邻计数点的时间间隔为0.02s，长度单位是cm，取g=10m/s²，求：
a．打点计时器打下计数点B时，物体的速度v_B=

 

m/s （保留两位有效数字）；
b．从点O到打下计数点B的过程中，物体重力势能的减少量△Ep=

 

J，动能的增加量△E_k=

 

J（结果保留两位有效数字）．
c．根据纸带提供的数据，重锤从静止开始到打出B的过程中，得到的结论是

 

．

Answer 1

分析：通过实验的原理出发，确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材，以及不必要的器材．
纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，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和加速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答：解：（1）通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平．
该实验中，要有做自由落体运动的物体重锤，同时实验中要用刻度尺测量下落的位移，故还缺少重锤和刻度尺．
（2）a、利用匀变速直线运动的推论vB=

xAC

tAC

=

0.0702-0.0313

2×0.02

=0.97m/s
b、从点O到打下计数点B的过程中，物体重力势能的减少量△Ep=mgh=0.2×9.8×0.0486J=0.48J．
动能的增加量△E_k=E_kB=

1

2

mv_B²=0.47J
c、由此可知重力势能的减小量大于动能的增加量，其原因是物体下落过程中存在阻力，因此在误差范围内物体机械能守恒．
故答案为：（1）F、G；重锤、刻度尺．（2）a、0.97；b、0.48；0.47；c、在误差允许的范围内，机械能守恒．

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、所测数据等，会起到事半功倍的效果．本题还要注意单位的换算和有效数字的保留．