Question

18．某同学验证机械能守恒定律，所用装置如图1所示．

（1）除交流电源外，还需要C．
A．弹簧秤         B．天平
C．刻度尺         D．秒表
（2）若重物的质量m=1.00kg，如图2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（其他点未画出）．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．那么纸带的左 端（选填“左”或“右’）与重物相连；
（3）根据图上所得的数据从O点到B点，重物重力势能减少量△E_p=1.88 J，动能增加量△E_k=1.84 J； （计算结果取3位有效数字）
（4）实验的结论是在误差允许的范围内，重物的机械能守恒．

Answer 1

分析 （1）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
（2）根据纸带运动的特点以及打点规律可明确开始下落的位置；
（3）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和加速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．
（4）根据减小的重力势能和增加的动能进行分析，明确机械能是否守恒．

解答 解：（1）本实验中需要测量两点间的距离，故需要用到刻度尺；
（2）从纸带上可以看出，越向右，两点间的间距越大，则可以看出0点为打出来的第一个点，速度为0，重物自由下落，初速度为0．所以纸带的左端应与重物相连．
（3）重力势能减小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.1920 J≈1.88J．
利用匀变速直线运动的推论有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{23.23-15.55}{2×0.02}$=192.0cm/s=1.92m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1.00×（1.92）²≈1.84 J
△E_k=E_kB-0=1.84 J
（4）由以上计算可知，在误差允许范围内，重物的机械能守恒．
故答案为：（1）刻度尺； （2）左；（3）1.88； 1.84，误差允许范围内，重物的机械能守恒．

点评 本题考查验证机械能守恒定律的实验，要注意掌握运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题，在重力势能和动能的计算中要注意单位的换算和有效数字的保留．