Question

13．用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．
（1）為進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，備有下列器材可供選擇：
A鐵架臺(tái)、B電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、C復(fù)寫紙片、D紙帶、E低壓直流電源、F天平、G秒表、H導(dǎo)線、I重錘．
其中不必要的器材是E、F、G（填對(duì)應(yīng)的字母）．缺少的器材是刻度尺．
（2）若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m=1kg，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，打出的紙帶如圖所示，O為起點(diǎn)，A、B、C、D為相鄰的幾點(diǎn)，測(cè)的OA=0.78cm、OB=1.79cm、OC=3.14cm、OD=4.90cm，查出當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，則重物在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能E_AB=0.174J．從開(kāi)始下落到B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能減少量是0.175J，由此得出的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，做自由落體運(yùn)動(dòng)的重錘的機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理及實(shí)驗(yàn)方法，明確需要測(cè)量的數(shù)據(jù)，則可知需要的器材．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的速度，從而得出B點(diǎn)的動(dòng)能，根據(jù)下降的高度求出物體重力勢(shì)能的減小量，從而判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源，通過(guò)紙帶可測(cè)量時(shí)間，不再需要秒表．
根據(jù)mgh=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，在數(shù)據(jù)處理中物體的質(zhì)量可以消去，故不需要測(cè)物體的質(zhì)量，則不需要天平；
所以不必要的器材是 E、F、G．
在用自由落體“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，我們是利用自由下落的物體帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)求得動(dòng)能及變化的勢(shì)能，需要刻度尺測(cè)量高度．所以缺少的器材是刻度尺．
（2）B點(diǎn)的速度v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{（3.14-0.78）×1{0}^{-2}}{0.04}$m/s=0.59m/s，
則B點(diǎn)的動(dòng)能E_KB=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}×1×0.5{9}^{2}$ J=0.174J．
重物重力勢(shì)能的減小量△E_p=mgh=1×9.8×0.0179J=0.175J．
由此得出的結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)減少的物體重力勢(shì)能等于其增加的動(dòng)能，物體自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒
故答案為：（1）E、F、G；（2）刻度尺．（2）0.174；0.175；在誤差允許的范圍內(nèi)，做自由落體運(yùn)動(dòng)的重錘的機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理的儀器選擇和數(shù)據(jù)處理，解決本題的關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理，以及掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度．