Question

20．在利用重物自由下落“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中（1）備有如下器材：A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；B．直流電源；C．交流電源；D．紙帶；E．帶夾子的重物；F．秒表；G．刻度尺；H．天平；I．鐵架臺(tái)；．其中該實(shí)驗(yàn)不需要的器材是BFH（填字母代號(hào)）  
某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．實(shí)驗(yàn)小組選出一條紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C　為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，測(cè)得h₁=12.01cm，h₂=19.15cm，h₃=27.86cm．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50Hz的交流電．根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了1.88m J；此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了1.96mJ，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以知道該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的問題是該實(shí)驗(yàn)小組做實(shí)驗(yàn)時(shí)可能先釋放了紙帶，然后再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電鍵，或者釋放紙帶時(shí)手抖動(dòng)了．（重錘質(zhì)量m已知）

Answer 1

分析 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證鉤碼重力勢(shì)能的減小量與動(dòng)能的增加量是否相等，運(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需使用交流電源．紙帶處理時(shí)需刻度尺，從而確定不需要的器材．
根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量，根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能的增加量．動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減小量原因可能是實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，然后再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電鍵 或者 釋放紙帶時(shí)手抖動(dòng)了．

解答 解：要驗(yàn)證鉤碼動(dòng)能的增加量與重力勢(shì)能的增加量是否相等，
即看是否有這樣的關(guān)系有：mgh=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²．質(zhì)量可以約去，所以不需要天平，要測(cè)量下落的高度和瞬時(shí)速度，在紙帶處理時(shí)需刻度尺．用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源，因此不需要的器材有：直流電源、秒表、天平．
故選：B、F、H．
當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了：△E_p=mgh₂=m×9.80×0.1915J=1.88m．
此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了：△E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×m×（$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{4T}$）²=$\frac{1}{2}$×m×（$\frac{27.86-12.01}{4×0.02}×1{0}^{-2}$）²=1.96m．
動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減小量原因可能是實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，然后再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電鍵，或者釋放紙帶時(shí)手抖動(dòng)了．
故答案為：BFH；1.88m，1.96m，該實(shí)驗(yàn)小組做實(shí)驗(yàn)時(shí)可能先釋放了紙帶，然后再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電鍵，或者釋放紙帶時(shí)手抖動(dòng)了．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理，通過實(shí)驗(yàn)原理確定所需的器材．同時(shí)掌握紙帶選擇的方法，知道操作錯(cuò)誤可能形成的原因，以及實(shí)驗(yàn)誤差形成的原因．