Question

16．在“验证机械能守恒定律”的实验中，电磁打点计时器所用电源的频率为50Hz，实验中学的重力加速度值取9.80m/s²，测得所用重物的质量为1.00kg．

（1）如图1为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤．为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有AD
A、刻度尺   B、秒表     C、0～12V的直流电源   D、0～12V的交流电源
（2）若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图2所示，那么：
①纸带的左端与重物相连（填“左”或“右”）
②电磁打点计时器打下计时点B时，重物的速度v_B=0.98m/s（结果保留两位有效数字）
③从起点O到打下计时点B的过程中重力势能减少量是△E_P=0.49J，此过程中物体动能的增加量△E_k=0.48J（结果保留两位有效数字）
④通过计算，数值上△E_p＞△E_k（填“＞”、“=”或“＜”），这是因为实验中有阻力．
⑤实验的结论：在实验误差允许范围内，机械能守恒．

Answer 1

分析 （1）通过实验的原理，确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材．
（2）根据使用的原理确定实验的器材，以及错误的步骤，误差形成的原因．利用某段时间内的平均速度等于这段时间的中时刻速度，从而即可求解．
与重物相连的一端先被打点，而向下做匀加速直线运动．根据h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}=\frac{1}{2}×10×4×1{0}^{-4}m=2mm$知，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B点的瞬时速度．由动能和重力势能定义可求得减小的重力势能和增加的动能；分析实验中的空气阻力影响可得出实验结论．

解答 解：（1）通过打点计时器计算时间，故不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离．故A、D正确，B、C错误．
所以选：AD．
（2）①因为AB的距离小于BC的距离，知左边的点先被打点计时器打出，所以重物与左端连接．
②B点的速度等于AC过程中间时刻的瞬时速度为：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{（7.06-3.14）×1{0}^{-2}}{0.04}m/s=0.98m/s$．
③从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是：△E_p=mgh=1×9.8×0.0501J≈0.49J．
动能的增加量为：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×1$×（0.98）²=0.48J；
④可见重力势能的减小量大于动能的增加量，原因是实验中有阻力．
⑤因实验中阻力不能忽略；故实验的结论是在误差允许的范围内，机械能守恒．
故答案为：（1）AD；（2）①左；②0.98m/s；③0.49J；0.48J；④＞；实验中有阻力；⑤在误差允许的范围内，机械能守恒

点评 解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验原理，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解加速度和瞬时速度．