Question

8．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)采用重物自由下落的方法．
（1）本實(shí)驗(yàn)中，除鐵架臺(tái)、夾子、交流電源、紙帶和重物外，還需選用的儀器是BD
A．秒表 B．刻度尺       C．天平  D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
（2）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，下列物理量中需要測(cè)量的有C
A．重物的質(zhì)量B．重力加速度
C．重物下落的高度                D．與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度
（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，得到一條紙帶如圖2所示，圖中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn)，可以看做重物運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，若重物的質(zhì)量為1kg，己知相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，圖中長(zhǎng)度單位是cm，g取10m/s²，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)時(shí)，重物的速度V_B=0.97 m/s．從起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過程中，重物動(dòng)能的增加量△Ek=0.47J，重力勢(shì)能的減小量△E_P=0.48 J，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)動(dòng)能的增加量略小于重力勢(shì)能的減少量，為什么重物克服阻力做功．（以上計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 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；
驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理是：以自由落體運(yùn)動(dòng)為例，需要驗(yàn)證的方程是：mgh=$\frac{1}{2}$mv²，h和v由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶進(jìn)行測(cè)量；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該段時(shí)間內(nèi)的平均速度可以求出物體在B點(diǎn)時(shí)的速度，然后根據(jù)動(dòng)能、勢(shì)能的定義進(jìn)一步求得動(dòng)能、勢(shì)能的變化量．

解答 解：（1）A、實(shí)驗(yàn)中由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量時(shí)間，不再需要秒表，A錯(cuò)誤；
B、在求動(dòng)能時(shí)需要測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的長(zhǎng)度求出平均速度，故需要用的刻度尺，B正確；
C、而在數(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，故不用天平，C錯(cuò)誤；
D、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，故需要打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，D正確．
（2）A、在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，需要驗(yàn)證的方程是：mgh=$\frac{1}{2}$mv²，直接測(cè)量的有：用刻度尺測(cè)量重錘下落的高度，重錘的質(zhì)量可以測(cè)量也可以不測(cè)量．重力加速度是當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度，查表得到．故AB錯(cuò)誤，C正確．
D、根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的推論，通過計(jì)算可求得與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的重錘瞬時(shí)速度．故D錯(cuò)誤．
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該段時(shí)間內(nèi)的平均速度可以求出物體在B點(diǎn)時(shí)的速度
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0702-0.0313}{2×0.02}$m/s≈0.97m/s
重力勢(shì)能的減少量：△E_p=mgh_B=1×9.8×4.86×10^-2 J≈0.48J
動(dòng)能的增量：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1×0.97²≈0.47J；
重物帶動(dòng)紙帶下落過程中，除了重力還受到較大的阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢(shì)能減小除了轉(zhuǎn)化給了動(dòng)能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以動(dòng)能的增加量略小于重力勢(shì)能的減少量．
故答案為：（1）BD；（2）C； （3）0.97，0.47，0.48，重物克服阻力做功．

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，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行記憶；
解決實(shí)驗(yàn)問題關(guān)鍵要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，還要了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)；
本題比較簡(jiǎn)單，考查了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律中基本方法的應(yīng)用，對(duì)于基本方法不能忽視，要在訓(xùn)練中加強(qiáng)練習(xí)，提高認(rèn)識(shí)．