Question

12．“驗證機械能守恒定律”的實驗如圖1采用重物自由下落的方法：

（1）實驗中，下面哪些測量工具是必需的？C．
A．天平      B．直流電源      C．刻度尺    D．秒表
（2）實驗中，發(fā)現重錘減少的勢能總是大于重錘增加的動能，造成這種現象的主要原因是C
A．選用的重錘質量過大
B．數據處理時出現計算錯誤
C．空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力
D．實驗時操作不夠細，實驗數據測量不準確
（3）實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當地的重力加速度g=9.80m/s²，所用重物的質量為1.00kg，實驗中得到一點跡清晰的紙帶（如圖2），把第一點記作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，經測量知道A、B、C、D到0點的距離分別為62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm，根據以上的數據，可知重物由0運動到C點．
重力勢能的減小量等于7.62J，動能的增加量等于7.56J．（本題中計算結果均保留三位有效數字）

Answer 1

分析 1、首先明確實驗原理和數據處理方法，確定實驗需要測量的物理量，則可進一步知道實驗所需要的器材．
2、重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢能不可能全部轉化為動能，這是誤差的主要來源．
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．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．

解答 解：（1）A、由于驗證機械能公式中可以把物體質量約掉，因此不需要天平，故A錯誤；
B、打點計時器需要連接的是交流電源，因此不需要直流電源，故B錯誤．
C、同時實驗中需要測量紙帶上兩點間的距離，所以需要刻度尺．故C正確．
D、在該實驗中，通過打點計時器來記錄物體運動時間，不需要秒表，故D錯誤．
（2）在該實驗中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘減小的重力勢能總是稍稍大于重錘動能的增加量；若重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加量，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實驗過程的步驟中，沒有檢查打點計時器的兩個限位孔是否在同一條豎直線上，也會導致摩擦力太大；故C正確，ABD錯誤．
故選：C．
（3）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
利用勻變速直線運動的推論得：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{{t}_{BD}}$=≈3.89m/s
△E_k=E_kC=$\frac{1}{2}$mv_C²=7.56J
故答案為：（1）C；（2）C；（3）7.62；7.56．

點評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉化的過程和能量守恒，熟練應用勻變速直線運動規(guī)律解決實驗問題；重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉化給了動能還有一部分轉化給摩擦產生的內能．