Question

在利用重錘下落探究動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化和守恒的實(shí)驗(yàn)中：
（1）有下列器材可供選用：鐵架臺(tái)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶，秒表，導(dǎo)線(xiàn)，電鍵，天平．其中不必要的器材有

秒表、天平

；缺少的器材是

低壓交流電源、重錘、刻度尺

．
（2）實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖所示，其中，A為打下的第1個(gè)點(diǎn)，C、D、E、F為距A較遠(yuǎn)的連續(xù)選取的四個(gè)點(diǎn)（其他點(diǎn)子未標(biāo)出）．用刻度尺量出C、D、E、F到A的距離分別為s₁，s₂，s₃，s₄重錘的質(zhì)量為m，電源的頻率為f，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的重力加速度為g．現(xiàn)選紙帶中的D點(diǎn)作為參考點(diǎn)，設(shè)打該點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能為零．為了探究重錘動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化和守恒，則應(yīng)計(jì)算出：打下D點(diǎn)時(shí)重錘的速度v=

1

2

f(s3-s1)

（文字表達(dá)式），那么重錘下落過(guò)程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的總和E=

1

8

mf2(s3-s1)2

（文字表達(dá)式）．再分別測(cè)量并計(jì)算紙帶上其他各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重錘的動(dòng)能和重力勢(shì)能之和，進(jìn)行比較分析，即可完成實(shí)驗(yàn)與探究．

Answer 1

分析：解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
根據(jù)重力勢(shì)能變化量△E_P=mgh，確定高度h求解．由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論求出D點(diǎn)速度，再求動(dòng)能的增加量為△E_k．

解答：解：在該實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不需要秒表．
本題實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的方程是：mgh=

1

2

mv2，即gh=

1

2

v2，由于驗(yàn)證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要用天平測(cè)量重物的質(zhì)量；
電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4-6V交流電源．所以缺少低壓交流電源，研究對(duì)象：重錘，以及測(cè)量距離的刻度尺．
由勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的推論可知，打下D點(diǎn)時(shí)重錘的速度等于CE間的平均速度，即：v_D=

s3-s1

2T

=

s3-s1

2? 1 f

=

1

2

f(s3-s1)．
選紙帶中的D點(diǎn)作為參考點(diǎn)，打該點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能為零，則重錘下落過(guò)程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的總和：E=

1

2

m

v

2 D

=

1

2

m[

1

2

f(s3-s1)2]=

1

8

mf2(s3-s1)2．
故答案為：（1）秒表、天平；低壓交流電源、重錘、刻度尺
（2）

1

2

f(s3-s1)；

1

8

mf2(s3-s1)2

點(diǎn)評(píng)：本題考查了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律中的數(shù)據(jù)處理方法，注意物理基本規(guī)律尤其是勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．
正確解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測(cè)數(shù)據(jù)、誤差分析等，會(huì)起到事半功倍的效果．