Question

12．在用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中
（1）為進行該實驗，備有下列器材可供選擇：鐵架臺、打點計時器、復寫紙片、紙帶、低壓直流電源、天平、導線、開關、重錘．其中不必要的器材是天平、低壓直流電源，缺少的器材是直尺、低壓交流電源（或交流電源）．．
（2）若實驗中所用重錘的質量m=1.00kg，重錘由靜止自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點．如圖所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續(xù)點（其他點末畫出）．已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．則重物在B點時的動能是1.84J；從開始下落到B點的過程中，重物的重力勢能減少量是1.88J（以上兩空計算結果保留三位有效數(shù)字）
（3）由此得出的實驗結論是：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過程中機械能守恒，
（4）寫出本實驗誤差的主要來源之一：重錘下落過程中，紙帶與打點計時器之間的摩擦．

Answer 1

分析 （1）書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚；
（2、3）根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律求出B點的速度大小，即可進一步求出動能的增加量，根據(jù)重力做功和重力勢能之間的關系，可以求出重力勢能的減小量，從而判斷機械能是否守恒；
（4）由于重錘下落過程中，紙帶與打點計時器之間的摩擦導致本實驗存在誤差．

解答 解：（1）其中不必要的器材是：天平，因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平；
打點計時器使用的是交流電源，故不必要的器材是低壓直流電源；
缺少的是刻度尺，我們需要刻度尺測量計數(shù)點間的距離，低壓交流電源．
（2）B點的速度為：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.2323-0.1555}{0.04}$=1.92m/s．
動能的增量為：$△{E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.9{2}^{2}$=1.84J
重力勢能的減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.192=1.88J
（3）在實驗誤差允許的范圍內(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械能守恒；
（4）由于重錘下落過程中，紙帶與打點計時器之間的摩擦導致本實驗存在誤差．
故答案為：（1）天平、低壓直流電源，直尺、低壓交流電源（或交流電源）；（2）1.84；1.88；
（3）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過程中機械能守恒；
（4）重錘下落過程中，紙帶與打點計時器之間的摩擦．

點評 解決本題的關鍵掌握實驗的原理，以及掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度，明確實驗存在誤差的原因，難度適中．