Question

20．在利用自由落體法“驗證機(jī)械能守恒定律”的一次實(shí)驗中，實(shí)驗室中準(zhǔn)備了如下器材：
A．電火花打點(diǎn)計時器（包含碳粉紙片）、B.220V交流電源、C．鐵架臺（含鐵夾）、D．重錘、E．天平、F．秒表、G．紙帶．
（1）上述器材中不必要的是EF（只需填字母代號），還缺少的器材是刻度尺．
（2）實(shí)驗得到的紙帶如圖所示，則紙帶的P（用字母P或C表示）端與重物相連；
（3）從起點(diǎn)P到打下計數(shù)點(diǎn)B的過程中物體的重力勢能減少量為△E_p，此過程中物體動能的增加量為△E_k；通過計算，數(shù)值上△E_p＞△E_k（填“＜”、“＞”或“=”），這是因為存在空氣阻力．

Answer 1

分析 通過實(shí)驗的原理出發(fā)，確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材．紙帶法實(shí)驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度．從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）該實(shí)驗中，要有做自由落體運(yùn)動的物體重錘，通過打點(diǎn)計時器來記錄物體運(yùn)動時間，不需要秒表，由于驗證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平，同時實(shí)驗中缺少刻度尺．
所以不必要的器材有：秒表（F）、天平（E）．缺少的器材是刻度尺，
（2）物體做加速運(yùn)動，由紙帶可知，紙帶上所打點(diǎn)之間的距離越來越大，這說明物體與紙帶的左端相連，即P點(diǎn)．
（3）利用勻變速直線運(yùn)動的推論
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.0706-0.0314}{0.04}$=0.98m/s
重物由B點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)時，重物的重力勢能的減少量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.0501 J=0.49J．
E_kB=$\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$=0.48J，則△E_P＞△E_k，這是由于存在空氣阻力的原因．
故答案為：（1）EF；刻度尺；（2）P；（3）＞；存在空氣阻力

點(diǎn)評 運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實(shí)驗的常規(guī)問題．要注意單位的換算．要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．