Question

7．“验证机械能守恒定律”的实验如图1采用重物自由下落的方法：

（1）实验中，下面哪些测量工具是必需的？C．
A．天平      B．直流电源    C．刻度尺    D．秒表
（2）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是C
A．选用的重锤质量过大
B．数据处理时出现计算错误
C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确
（3）实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s²，所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（图2），把第一点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D到0点的距离分别为62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm，根据以上的数据，可知重物由0运动到C点，重力势能的减小量等于7.62J，动能的增加量等于7.56J．（本题中计算结果均保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材．
（2）根据能量守恒分析重锤减小的势能大于增加动能的原因．
（3）根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出C点的速度，从而得出动能的增加量．

解答 解：（1）实验中验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要天平测量质量；打点计时器使用交流电源，可以记录时间，不需要秒表；实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，从而得知下降的高度，以及求解瞬时速度的大小，故选：C．
（2）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力，使得一部分重力势能转化为内能，故选：C．
（3）重物由0运动到C点，重力势能的减小量为：$△{E}_{p}=mgh=1×9.8×77.76×1{0}^{-2}$J≈7.62J，
C点的瞬时速度为：${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{（85.73-70.18）×1{0}^{-2}}{2×0.02}$m/s=3.8875m/s，
则动能的增加量为：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×1×3.887{5}^{2}$≈7.56J．
故答案为：（1）C；（2）C；（3）7.62，7.56．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．