Question

4．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，有下列器材可供選擇：
A、帶夾子的鐵架臺(tái)   B、電火花計(jì)時(shí)器    C、220V交流電源   D、紙帶   E、帶夾子的重物  F、秒表   G、天平    H、刻度尺
（1）其中不必要的器材有FG（填器材前面的字母）
（2）下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的順序排列是ADBCEF（填寫(xiě)步驟前面的字母）
A．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上，
B．接通電源，再松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落，
C．取下紙帶，更換新紙帶（或?qū)⒓垘Х瓊�(gè)面）重新做實(shí)驗(yàn)，
D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提紙帶，
E．選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h₁，h₂，h₃，…h(huán)_n，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v₁，v₂，v₃，…，v_n，
F．分別算出$\frac{1}{2}$mv${\;}_{n}^{2}$和mgh_n，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)看是否相等．
（3）在實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz．已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=10m/s²．所用重物的質(zhì)量為0.50kg．實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，把第一點(diǎn)計(jì)作O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，如圖所示．經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為23.77cm、28.20cm、33.00cm、38.20cm．
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知打C點(diǎn)時(shí)重物的速度為2.50m/s重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于1.62J，動(dòng)能的增加量等于1.56J．（取3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證動(dòng)能的增加量與重力勢(shì)能的減小量是否相等，所以要測(cè)重錘下降的距離和瞬時(shí)速度，測(cè)量瞬時(shí)速度和下降的距離均需要刻度尺，不需要秒表，重錘的質(zhì)量可測(cè)可不測(cè)．
實(shí)驗(yàn)步驟操作的順序：安裝在鐵架臺(tái)，安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打點(diǎn)，重復(fù)，選紙帶，數(shù)據(jù)處理．

解答 解：（1）在實(shí)驗(yàn)中需要刻度尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)間的距離從而可知道重錘下降的距離，以及通過(guò)紙帶上兩點(diǎn)的距離，求出平均速度，從而可知瞬時(shí)速度．紙帶上相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)的時(shí)間間隔已知，所以不需要秒表．重錘的質(zhì)量可測(cè)可不測(cè)，也不需要天平，
故選：FG．
（2）按照實(shí)驗(yàn)操作的步驟順序：安裝在鐵架臺(tái)，安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（A），將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（D），打點(diǎn)（B） 重復(fù)（C）選紙帶（E），數(shù)據(jù)處理（F）．
所以合理的順序排列是A D B C E F．
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小等于該過(guò)程中的平均速度大小，有：
v_C=$\frac{0.3820-0.2820}{2×0.02}$=2.50m/s
重力勢(shì)能的減小量等于重力所做功，因此有：
△E_p=mgh=0.5×9.8×0.33=1.62J
動(dòng)能的增量為：△E_k=$\frac{1}{2}×0.5×$（2.5）²=1.56J
故答案為：（1）FG
（2）A D B C E F
（3）2.50；1.62；1.56；

點(diǎn)評(píng) 該題考查到驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)步驟、儀器的選取以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和誤差的分析．
對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材的選取要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和所測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行選�。患垘�問(wèn)題的處理時(shí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的問(wèn)題，我們可以紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度從而進(jìn)一步根據(jù)要求來(lái)求出所要解決的問(wèn)題．