Question

利用自由落體運動做驗證機械能守恒定律的實驗時：
（1）有下列器材可供選擇：
①鐵架臺 ②打點計時器 ③復(fù)寫紙 ④紙帶 ⑤低壓直流電源 ⑥天平 ⑦秒表 ⑧導(dǎo)線．
其中實驗中不必要的器材是

 

（填序號）；缺少的器材是

 

．
（2）若已知打點計時器的電源頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，重物質(zhì)量為mkg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示，其中0為第一個點，A、B、C為另外3個連續(xù)點，根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，可知重物由0點運動到B點，重力勢能少量△E_p=

 

J；動能增加量△E_k=

 

J．

Answer 1

分析：（1）通過實驗的原理出發(fā)，確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材，如實驗中不需要測量質(zhì)量，需要刻度尺測量計數(shù)點之間的距離等．
（2）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(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答：解：（1）該實驗中，要有做自由落體運動的物體重錘；通過打點計時器來記錄物體運動時間，不需要秒表，打點計時器需要的是交流電源，因此低壓直流電源不需要，缺少低壓交流電源，由于驗證機械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平，同時實驗中缺少刻度尺．
（2）重力勢能減小量：△E_p=mgh=m×9.8×0.7776J=7.62m．
根據(jù)勻變速直線運動特點可知，B點的瞬時速度等于AC之間的平均速度，因此有：
vB=

xAC

2T

=

(85.76-70.18)×10-2m

2×0.02s

=3.895m/s
△Ek=

1

2

m

v

2 B

=

1

2

×m×(3.895)2J=7.59J
故答案為：（1）⑤⑥⑦，重錘、低壓交流電源、刻度尺；（2）7.62m，7.59．

點評：紙帶問題的處理是力學(xué)實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，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，計算過程中要注意單位的換算．