Question

12．在用落体法验证机械能守恒定律的实验中
（1）为进行该实验，备有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸片、纸带、低压直流电源、天平、导线、开关、重锤．其中不必要的器材是天平、低压直流电源，缺少的器材是直尺、低压交流电源（或交流电源）．．
（2）若实验中所用重锤的质量m=1.00kg，重锤由静止自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点末画出）．已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s²．则重物在B点时的动能是1.84J；从开始下落到B点的过程中，重物的重力势能减少量是1.88J（以上两空计算结果保留三位有效数字）
（3）由此得出的实验结论是：在实验误差允许的范围内，重锤下落过程中机械能守恒，
（4）写出本实验误差的主要来源之一：重锤下落过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦．

Answer 1

分析 （1）书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚；
（2、3）根据匀变速直线运动规律求出B点的速度大小，即可进一步求出动能的增加量，根据重力做功和重力势能之间的关系，可以求出重力势能的减小量，从而判断机械能是否守恒；
（4）由于重锤下落过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦导致本实验存在误差．

解答 解：（1）其中不必要的器材是：天平，因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平；
打点计时器使用的是交流电源，故不必要的器材是低压直流电源；
缺少的是刻度尺，我们需要刻度尺测量计数点间的距离，低压交流电源．
（2）B点的速度为：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.2323-0.1555}{0.04}$=1.92m/s．
动能的增量为：$△{E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.9{2}^{2}$=1.84J
重力势能的减小量为：△E_p=mgh=1×9.8×0.192=1.88J
（3）在实验误差允许的范围内减少的物体重力势能等于其增加的动能，物体自由下落过程中机械能守恒；
（4）由于重锤下落过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦导致本实验存在误差．
故答案为：（1）天平、低压直流电源，直尺、低压交流电源（或交流电源）；（2）1.84；1.88；
（3）在实验误差允许的范围内，重锤下落过程中机械能守恒；
（4）重锤下落过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦．

点评 解决本题的关键掌握实验的原理，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，明确实验存在误差的原因，难度适中．