Question

4．使用質(zhì)量為m的重錘和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選擇：鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、重錘、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及復(fù)寫紙、紙帶、低壓直流電源、天平、導(dǎo)線、電鍵．
（1）其中不必要的器材有低壓直流電源、天平；
（2）缺少的器材是低壓交流電源、刻度尺．
（3）實(shí)驗(yàn)中在選定的紙帶上依次取1、2、3、4四個(gè)連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn)，如圖所示，紙帶上所打的點(diǎn)記錄了物體在不同時(shí)刻的位置，紙帶的左端與重物相連．設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，且“0”為打下的第一個(gè)點(diǎn)．當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)“3”時(shí)，物體的動(dòng)能表達(dá)式為$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$，若設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打“0”點(diǎn)時(shí)重物所在的位置為零勢能面，當(dāng)打“3”點(diǎn)時(shí)物體的機(jī)械能表達(dá)式為$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$-mgs₃（重力加速度用“g”表示，“3”點(diǎn)的動(dòng)能用“$\frac{1}{2}$mv₃²”表示）．

Answer 1

分析 通過實(shí)驗(yàn)的原理出發(fā)，確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材；
紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度．從而求出動(dòng)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、2）該實(shí)驗(yàn)中，要有做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體重錘；通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要的是交流電源，因此低壓直流電源不需要，缺少低壓交流電源，
由于驗(yàn)證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中缺少刻度尺．
（3）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論
v₃=$\frac{{x}_{24}}{{t}_{24}}$=$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$
則動(dòng)能表達(dá)式E_k3=$\frac{1}{2}$mv₃²=$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$；
以重物的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)O為參考點(diǎn)
3點(diǎn)的重力勢能等于E_p=-mgh=-mgs₃ ，
當(dāng)打第點(diǎn)“3”時(shí)物體的機(jī)械能表達(dá)式為：$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$-mgs₃
故答案為：（1）低壓直流電源、天平；
（2）低壓交流電源、刻度尺；
（3）$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$，$\frac{m（{s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8{T}^{2}}$-mgs₃

點(diǎn)評(píng) 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果；要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式去求解速度大�。�再求出動(dòng)能．某個(gè)位置的重力勢能的求解要規(guī)定零勢能面．