Question

1．某同学使用如图1所示的装置来验证“机械能守恒定律”．
①备有如下器材：A．打点计时器    B．直流电源    C．交流电源   D．纸带    
E．带夹子的重物   F．秒表   G．刻度尺   H．导线    I．铁架台．
其中该实验不需要的器材是BF（填字母代号）．
②电火花计时器接在频率为50Hz的交流电源上，图2为实验中打出的一条纸带，从起始点O开始，将此后连续打出的7个点依次标为A、B、C、D…，电火花计时器打F点时，重锤下落的速度为1.15 m/s．（保留到小数点后两位）

③如果已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，OF之间的距离用s表示，打下F点时的速度用v表示．则从打O点到打F点的过程中，重锤重力势能的减少量为mgs，重锤动能的增加量为$\frac{1}{2}$mv²．（用符号表示）

Answer 1

分析 （1）验证机械能守恒定律，即验证钩码重力势能的减小量与动能的增加量是否相等，运用打点计时器需使用交流电源．纸带处理时需刻度尺，从而确定不需要的器材；
（2）中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度；求EG段的平均速度即可作为F点的速度；
（3）根据图2求出下落的高度，由E_P=mgh即可求得重力势能减小量；根据动能的表达式可求得动能；

解答 解：（1）要验证钩码动能的增加量与重力势能的增加量是否相等，即看是否有这样的关系mgh=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²．质量可以约去，所以不需要天平，要测量下落的高度和瞬时速度，在纸带处理时需刻度尺．用打点计时器需要交流电源，因此不需要的器材有：直流电源、秒表、天平，故不需要的器材选BF．
（2）F点的速度等于EG段的平均速度，则有：v_F=$\frac{0.046}{2×0.02}$=1.15m/s；
（2）重力势能的减小量△E_P=mgs；
动能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$ mv²；
故答案为：①BF
 ②1.15
③mgs；$\frac{1}{2}$ mv²；

点评 本题考查验证机械能守恒的实验；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、实验步骤、所测数据等，会起到事半功倍的效果．