Question

4．（1）在做“用落體法驗證機械能守恒定律”的實驗中，除了鐵架臺、交流電源、紙帶等實驗器材外，還必需的器材是C
A．秒表         B．多用電表     C．打點計時器       D．彈簧秤
（2）小李同學用如圖1所示的實驗裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗．已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當?shù)刂亓�加速度g=9.80m/s²，測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg．小李同學選用實驗中得到的一條點跡清晰的紙帶，把運動的起始點記作O，另選連續(xù)3個點A、B、C作為測量點，且A、B、C各點到O點的距離如圖2所示．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到B點過程中，重力勢能的減少量等于2.25J，動能的增加量等于2.21J（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）在驗證機械能守恒的實驗中，驗證動能的增加量與重力勢能的減小量是否相等，所以要測重錘下降的距離和瞬時速度，測量瞬時速度和下降的距離均需要刻度尺，不需要秒表，由于表達式中可以把質(zhì)量約掉，故重錘的質(zhì)量可測可不測；
（2）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(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）該實驗中通過研究打點計時器打出的紙帶來驗證機械能是否守恒，實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離從而可知道重錘下降的距離，以及通過紙帶上兩點的距離，求出平均速度，從而可知瞬時速度．紙帶上相鄰兩計時點的時間間隔已知，所以不需要秒表，重錘的重力不需要測量，故不需要彈簧秤，多用電表與該實驗無關(guān)，更不需要，故ABD錯誤，C正確．
（2）由O點運動到B點過程中，重力勢能減小量：△E_p=mgh=1.0×9.8×0.230J=2.25J；
勻變速直線運動中，該過程中的平均速度等于時間中點的瞬時速度，因此有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.2735-0.1895}{2×0.02}$=2.10m/s
△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=2.21J
故答案為：（1）C；（2）2.25，2.21．

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握驗證機械能守恒定律的實驗的原理，知道需要測量哪些量，需要哪些器材，尤其是熟練使用打點計時器；
運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題，要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．