Question

7．（1）做“驗證機械能守恒定律”的實驗，已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點計時器，還必須選取的器材是圖中的BD（填字母）

（2）該實驗要驗證的是重錘重力勢能的減少等于它動能的增加，以下說法正確的是BC（填字母）
A．必須用天平稱出重錘的質(zhì)量
B．要把紙帶的一端固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重錘提升到靠近打點計時器的位置
C．要先接通電源，再釋放紙帶
D．要用秒表測出重錘下落的時間
（3）實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示，把第一個點記做O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點．經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.40cm、70.20cm、78.00cm、85.80cm．已知重錘的質(zhì)量為2.00kg，打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重錘由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于15.3J，動能的增加量等于15.2J．（結(jié)果均取3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理確定所需測量的物理量，從而確定所需的物理器材，
（2）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有這樣才能明確每步操作的具體含義，從而確定哪些步驟是必須的，哪些是不必要的；
（3）紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能，根據(jù)功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）驗證機械能守恒，即驗證重物重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，所以需要重物，點跡間的時間間隔可以通過打點計時器直接得出，不需要秒表，實驗中需要刻度尺測量點跡間的距離，從而得出下降的高度以及瞬時速度的大小，故選：BD；
（2）A、在數(shù)據(jù)處理中，質(zhì)量m可以約去，故質(zhì)量也不需要測量，只需驗證gh=$\frac{{v}^{2}}{2}$即可，因此A錯誤；
B、要把紙帶的一端固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，把重錘提升到靠近打點計時器的位置，故B正確；
C、要先接通電源，再釋放紙帶，便于紙帶充分利用，故C正確；
D、在本實驗中由于采用了打電計時器，故不需要有用秒表，故D錯誤．
（3）重力勢能減小量為：△E_p=mgh=2.0×9.8×0.78J=15.3J．
在勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，因此有：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.858-0.702}{2×0.02}$=3.9m/s
△E_k=$\frac{1}{2}$mv${\;}_{C}^{2}$=$\frac{1}{2}×2×3．{9}^{2}$=15.2J
故答案為：（1）BD；（2）BC；（3）15.3，15.2．

點評 解決本題的關鍵知道實驗的原理，會通過實驗原理確定實驗的器材，以及知道實驗誤差的來源；
紙帶問題的處理時力學實驗中常見的問題，對于這類問題要熟練應用運動學規(guī)律和推論進行求解，計算過程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．