Question

19．如圖甲所示是使用電磁打點(diǎn)計(jì)時器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置圖：

（1）打點(diǎn)計(jì)時器必須接低壓交流（填“220交流”、“低壓交流”或“低壓直流”）電源，打點(diǎn)計(jì)時器點(diǎn)與點(diǎn)之間的時間間隔是0.02s；
（2）乙圖是實(shí)驗(yàn)后打出的紙帶的，實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先接通電源后釋放紙帶（選填“接通電源”“釋放紙帶”）；
（3）若重物的質(zhì)量m=100g且圖中1號點(diǎn)為起點(diǎn)，測得圖中s=3.88cm，則6號點(diǎn)的速度v=0.97m/s，對應(yīng)的動能為0.047J；測得圖中L=4.90cm，則從起點(diǎn)1到6號點(diǎn)減少的重力勢能為0.048J（以上計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字，g=9.8m/s²）；
（4）比較這個過程中動能的增加量與勢能的減少量可以得出結(jié)論在誤差允許的范圍內(nèi)，動能的增加量與重力勢能的減少量相等，機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證鉤碼重力勢能的減小量與動能的增加量是否相等，運(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時器需使用交流電源．紙帶處理時需刻度尺．用打點(diǎn)計(jì)時器做實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)步驟要求先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時器正常工作后，釋放紙帶．
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(diǎn)的速度，從而得出B點(diǎn)的動能，根據(jù)下降的高度求出物體重力勢能的減小量，從而判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）組裝時應(yīng)注意調(diào)節(jié)計(jì)時器的面板在豎直面內(nèi)，打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)接在低壓交流電源上，因電源的頻率為50Hz，因此打點(diǎn)計(jì)時器點(diǎn)與點(diǎn)之間的時間間隔是0.02s．
（2）如果先放開紙帶開始運(yùn)動，再接通打點(diǎn)計(jì)時時器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差；同時先打點(diǎn)再釋放紙帶，可以使打點(diǎn)穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打滿點(diǎn)，故實(shí)驗(yàn)時手在釋放紙帶之前 接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)．
（3）6點(diǎn)的速度為：
v₆=$\frac{{x}_{57}}{2T}$=$\frac{s}{2T}$=$\frac{0.0388}{0.04}$=0.97m/s
則6點(diǎn)的動能為：E_k6=$\frac{1}{2}$m${v}_{6}^{2}$=$\frac{1}{2}×0.1×0.9{7}^{2}$=0.047J．
重物重力勢能的減小量：△E_p=mgh=0.1×9.8×0.049J=0.048J．
（4）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)減少的物體重力勢能等于其增加的動能，物體自由下落過程中機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）低壓交流，0.02；
（2）接通電源，釋放紙帶；
（3）0.97，0.047，0.048；
（4）在誤差允許的范圍內(nèi)，動能的增加量與重力勢能的減少量相等，機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評 本題是利用自由落體運(yùn)動測定重力加速度．注意打點(diǎn)計(jì)時器的使用方法，能熟練根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的公式求解速度和加速度等物理量，要知道實(shí)驗(yàn)過程中重物受到空氣阻力和限位孔與紙帶間的摩擦阻力等作用對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響．