Question

20．（1）利用重锤的自由下落和电磁打点计时器验证机械能守恒定律，下面哪些实验仪器是必需的？BD（填写仪器前的字母代号）．
A．天平      
B．4～6V的低压交流电源       
C．4～6V的低压直流电源
D．刻度尺  
E．秒表
（2）重锤质量为m，打点计时器的打点周期为T，在实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图所示，在打点计时器打点“1”到打点“4”的过程中，重锤动能增量的表达式为$\frac{m（{s}_{5}-{s}_{3}）^{2}}{8{T}^{2}}-\frac{m{{s}_{2}}^{2}}{8{T}^{2}}$，重力势能减少量的表达式为mg（s₄-s₁），实验中重力势能的减少量总是大于动能增量，主要的原因是存在阻力．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材．
（2）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计数点1和4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．

解答 解：（1）A、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，不需要用天平测量质量，故A错误．
B、电磁打点计时器需要4～6V的低压交流电源，故B正确，C错误．
D、实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，故D正确．
E、打点计时器可以直接记录时间，所以不需要秒表测量，故E错误．
故选：BD．
（2）计数点1的瞬时速度${v}_{1}=\frac{{s}_{2}}{2T}$，计数点4的瞬时速度${v}_{4}=\frac{{s}_{5}-{s}_{3}}{2T}$，则重锤动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{4}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{m（{s}_{5}-{s}_{3}）^{2}}{8{T}^{2}}-\frac{m{{s}_{2}}^{2}}{8{T}^{2}}$，重力势能的减小量△E_p=mg（s₄-s₁），实验中重力势能的减少量总是大于动能增量，主要的原因是存在阻力．
故答案为：（1）BD，（2）$\frac{m（{s}_{5}-{s}_{3}）^{2}}{8{T}^{2}}-\frac{m{{s}_{2}}^{2}}{8{T}^{2}}$，mg（s₄-s₁），存在阻力．

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及误差的来源，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．