Question

利用物体自由落体运动，做《验证机械能守恒定律》的实验：
（1）已备好的器材有：打点计时器，固定计时器用的夹子、铁架台、纸带，另外还有下列器材可供选择：低压直流电源、导线、复写纸片、天平、秒表等，其中不必要的器材是

 

，还缺少的器材是

 

．
（2）若应用公式v=gt计算即时速度进行验证，打点计时器所接交流电的频率为50赫兹，甲、乙两条实验纸带，如图所示，应选

 

纸带好．
（3）若通过测量纸带上某两点间距离来计算即时速度，进行验证，设已测得点2到4间距离为s₁，点0到3间距离为s₂，打点周期为T，为验证重物开始下落到打点计时器打下点3这段时间内机械能守恒、实验后，s₁、s₂和T应满足的关系为T=

 

．

Answer 1

分析：1、通过实验的原理出发，确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材，以及不必要的器材．
2、根据自由落体运动规律得出打出的第一个点和相邻的点间的距离进行选择；
3、纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度．从而求出动能．根据功能关系列出等式求解．

解答：解：（1）该实验中，要有做自由落体运动的物体重锤；
通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表；
打点计时器需要的是交流电源，因此低压直流电源不需要，缺少低压交流电源，
由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，同时实验中缺少刻度尺．
即不必要的器材有：低压直流电源、天平、秒表．
缺少的器材是带铁夹的重锤、低压交流电源、刻度尺．
（2）打点计时器的打点频率为50 Hz，打点周期为0.02 s，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度：
h=

1

2

gt²=

1

2

gT²=

1

2

×9.8×0.02² m≈2 mm
所以所选的纸带最初两点间的距离接近2 mm，故选甲图
（3）利用匀变速直线运动的推论
打点3时的速度v=

s1

2T

，
重物下落的高度h=s₂，当机械能守恒时，应有：

1

2

(

s1

2T

)2=mgs₂，
由此得：T=

s 2 1  8gs2

．
故答案为：（1）低压直流电源、天平、秒表；带铁夹的重锤、低压交流电源、刻度尺
（2）甲，（3）

s 2 1  8gs2

点评：正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据等，会起到事半功倍的效果．
带问题的处理时力学实验中常见的问题．我们可以纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论求解．