Question

12．“验证机械能守恒定律”的实验如图1采用重物自由下落的方法：

（1）实验中，下面哪些测量工具是必需的？C．
A．天平      B．直流电源      C．刻度尺    D．秒表
（2）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是C
A．选用的重锤质量过大
B．数据处理时出现计算错误
C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确
（3）实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s²，所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图2），把第一点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D到0点的距离分别为62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm，根据以上的数据，可知重物由0运动到C点．
重力势能的减小量等于7.62J，动能的增加量等于7.56J．（本题中计算结果均保留三位有效数字）

Answer 1

分析 1、首先明确实验原理和数据处理方法，确定实验需要测量的物理量，则可进一步知道实验所需要的器材．
2、重物下落过程中不可避免的受到阻力作用，重力势能不可能全部转化为动能，这是误差的主要来源．
3、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．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）A、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，故A错误；
B、打点计时器需要连接的是交流电源，因此不需要直流电源，故B错误．
C、同时实验中需要测量纸带上两点间的距离，所以需要刻度尺．故C正确．
D、在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，故D错误．
（2）在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量；若重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加量，而且比较明显，就要考虑阻力太大的原因．在该实验过程的步骤中，没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上，也会导致摩擦力太大；故C正确，ABD错误．
故选：C．
（3）重力势能减小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
利用匀变速直线运动的推论得：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{{t}_{BD}}$=≈3.89m/s
△E_k=E_kC=$\frac{1}{2}$mv_C²=7.56J
故答案为：（1）C；（2）C；（3）7.62；7.56．

点评 要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒，熟练应用匀变速直线运动规律解决实验问题；重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．