Question

15．如圖所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電火花打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平、交流電源．請回答下列問題：
（1）為完成此實驗，除了現(xiàn)有的器材外，還需要的器材有刻度尺；
（2）關(guān)于本實驗，在操作過程準(zhǔn)確無誤的情況下，下列說法中正確的是BD．
A．實驗時一定要稱出重錘的質(zhì)量
B．實驗中測得重錘重力勢能的減少量△E_p略大于它動能的增加量△E_k，是因為阻力做功造成的
C．如果紙帶上打下的第1、2點模糊不清，則無論用何種方法處理數(shù)據(jù)，該紙帶都不能用于驗證機械能守恒定律
D．處理實驗數(shù)據(jù)時，可直接利用打下的連續(xù)實際點跡作為“計數(shù)點”
（3）若按實驗要求選出合適的紙帶進行測量，量得連續(xù)三個計數(shù)點A、B、C到第一個點O的距離如圖2所示（相鄰兩點時間間隔為0.02s），當(dāng)?shù)刂亓�加速度的值�?.80m/s²，重錘質(zhì)量為0.500kg，那么打下點B時重錘的速度v_B=2.00m/s，從O到B的過程中重力勢能減少量△E_p=1.05J（計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）紙帶各點間距離需要刻度尺測量；
（2）實驗時不需要稱出重錘的質(zhì)量；
阻力做功使得實驗中測得重錘重力勢能的減少量△E_p略大于它動能的增加量△E_k；
如果紙帶上打下的第1、2點模糊不清，可以選擇紙帶上其他清晰兩點來驗證機械能守恒定律；
處理實驗數(shù)據(jù)時，可直接利用打下的連續(xù)實際點跡作為“計數(shù)點”；
（3）要測量重物下落的高度，要計算與下落高度相對應(yīng)的重錘的瞬時速度．根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量；根據(jù)某段時間內(nèi)平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出該點的瞬時速度，從而求出動能的變化量．

解答 解：（1）紙帶各點間距離需要刻度尺測量，所以還需要的器材有刻度尺；
（2）實驗時不需要稱出重錘的質(zhì)量，故A錯誤；
阻力做功使得實驗中測得重錘重力勢能的減少量△E_p略大于它動能的增加量△E_k ，故B正確；
如果紙帶上打下的第1、2點模糊不清，可以選擇紙帶上其他清晰兩點來驗證機械能守恒定律，故C錯誤；
處理打點的紙帶時，可以直接利用打點計時器打出的實際點跡，而不必采用“計數(shù)點”的方法，若采用計數(shù)點，是使測量長度變長，從而減小測量長度的誤差，故D正確．
（3）B點時重錘的速度等于AC兩點間的平均速度．AC間距為：
${x}_{AC}=（25.71-17.72）cm=7.99cm=7.99×1{0}^{-2}m$
B點時重錘的速度為：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{7.99×1{0}^{-2}}{2×0.02}m/s=2.00m/s$
從O到B的過程中重力勢能減少量為：
△E_p=mgh=0.500×9.8×0.2152J=1.05J
故答案為：（1）刻度尺；（2）BD；（3）2.00，1.05．

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度和重力勢能．