Question

4．在利用重物自由下落“驗證機械能守恒定律”的實驗中．
（1）備有如下器材：A．打點計時器；B．直流電源；C．交流電源；D．紙帶；E．帶夾子的重物；F．秒表；G．刻度尺；H．天平；I．導(dǎo)線；J．鐵架臺；K．復(fù)寫紙；其中該實驗不需要的器材是B、F、H（填字母代號）
（2）在實驗中，打點計時器所用電源頻率為50Hz，當(dāng)?shù)刂亓�加速度的值�?.80m/s²，實驗要求打點計時器在打第一個點時釋放紙帶．甲、乙、丙三個學(xué)生分別用同一裝置各打出一條紙帶，量出各紙帶上第1、2兩點間的距離分別為0.38cm，0.19cm和0.18cm，可見其中肯定有一個學(xué)生在操作上有錯誤，錯誤操作的同學(xué)是甲．其錯誤的操作可能是因為可能是先放紙帶后接通電源．
（3）某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6V、50Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s²，若重錘質(zhì)量為1kg．（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

①打點計時器打出B點時，重錘的動能E_kB=0.690J．
②從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為0.691J．從而驗證了機械能守恒定律的正確性．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗的原理確定所需要測量的物理量，從而確定不需要的實驗器材．
根據(jù)自由落體運動的位移公式求出第1、2點間的距離，從而判斷出三位同學(xué)的操作哪個有錯誤．阻力越小，加速度越接近重力加速度，驗證機械能守恒越合理．
根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的速度，從而得出B點的動能．根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量．

解答 解：（1）要驗證鉤碼動能的增加量與重力勢能的增加量是否相等，即看是否有這樣的關(guān)系mgh=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²．質(zhì)量可以約去，所以不需要天平，要測量下落的高度和瞬時速度，在紙帶處理時需刻度尺．用打點計時器需要交流電源，因此不需要的器材有：直流電源、秒表、天平．
故選：B、F、H．
（2）若物體做自由落體運動，則第1、2兩點間的距離為：
x=$\frac{1}{2}$gt²=$\frac{1}{2}$×9.8×0.02²=0.00196m=1.96mm，
可知甲同學(xué)操作錯誤，錯誤原因可能是先放紙帶后接通電源．
（3）B點的速度為：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.1254-0.0314}{0.08}m/s=1.175m/s$，
則B點的動能為：${E}_{kB}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.17{5}^{2}$=0.690J．
重力勢能的減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.0705J=0.691J．
故答案為：（1）B、F、H．（2）甲，可能是先放紙帶后接通電源，（3）0.690，0.691．

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理，通過實驗原理確定所需的器材．同時掌握紙帶選擇的方法，知道操作錯誤可能形成的原因．