Question

14．利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗．
（1）為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的A．

A．動能變化量與勢能變化量
B．速度變化量與勢能變化量
C．速度變化量與高度變化量
（2）除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、電磁打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是AB．
A．交流電源     B．刻度尺       C．天平（含砝碼）
（3）實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖2所示的一條紙帶．在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為h_A、h_B、h_C．
已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g，打點計時器打點的周期為T．設(shè)重物的質(zhì)量為m．從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量△E_p=-mgh_B，動能變化量△E_k=$\frac{1}{2}m{（{\frac{{{h_c}-{h_A}}}{2T}}）^2}$．
（4）大多數(shù)學(xué)生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是C．
A．利用公式v=gt計算重物速度
B．利用公式v=$\sqrt{2gh}$計算重物速度
C．存在空氣阻力和摩擦阻力的影響
D．沒有采用多次實驗取平均值的方法．

Answer 1

分析 （1）驗證機械能守恒定律即驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等．
（2）根據(jù)實驗的原理確定需要測量的物理量，從而確定所需的測量器材；
（3）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的瞬時速度，從而得出動能的增加量；根據(jù)下降的高度求出重物重力勢能的變化量．
（4）通過能量守恒的角度分析重力勢能的減小量大于動能增加量的原因．

解答 解：（1）為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，故選：A．
（2）打點計時器使用交流電源，實驗中需要測量點跡間的距離，從而得出瞬時速度和下降的高度，所以需要刻度尺．實驗中驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，質(zhì)量可以約去，不需要測量質(zhì)量，則不需要天平．
故選：AB．
（3）從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量△E_p=-mgh_B，B點的速度${v}_{B}=\frac{{h}_{C}-{h}_{A}}{2T}$，則動能的增加量為△E_k=$\frac{1}{2}m{（{\frac{{{h_c}-{h_A}}}{2T}}）^2}$．
（4）由于紙帶在下落過程中，重錘和空氣之間存在阻力，紙帶和打點計時器之間存在摩擦力，所以減小的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為動能，還有一部分要克服空氣阻力和摩擦力阻力做功，故重力勢能的減少量大于動能的增加量，故C選項正確；
故答案為：（1）A；（2）AB；（3）-mgh_B ，$\frac{1}{2}m{（{\frac{{{h_c}-{h_A}}}{2T}}）^2}$；（4）C

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握實驗的原理，會通過原理確定器材，以及掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度的大小，關(guān)鍵是勻變速直線運動推論的運用．