Question

13．（1）利用重锤的自由下落验证机械能守恒定律，下面哪些测量工具是必需的？C．
A．天平    B．4～6V的低压直流电源   C．刻度尺    D．停表
（2）在使用重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1、2、3…．测得重锤从开始运动到各时刻下落的高度分别是s₁、s₂、s₃…，则重物由“0”点运动到“4”点，重力势能减少量的表达式为mgs₄，动能增量的表达式为$\frac{{m{（s}_{5}{-s}_{3}）}^{2}}{{8T}^{2}}$（重锤质量为m，打点计时器的打点周期为T），实验结果发现动能增量总小于（填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减少量，主要的原因是重锤下落过程受到阻力作用．

Answer 1

分析 （1）依据验证机械能守恒的原理，可知实验需要测量的物理量，则可进一步知道实验所需要的器材．
（2）由重力势能表达式可得重物由O点运动到“4”点，势能的减少量；
由平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得4点的瞬时速度，进而得到该点的动能表达式；
该验证试验有摩擦和空气阻力做功，消耗能量，故重力势能不能完全转化为动能．

解答 解：（1）A、由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，故A错误．
B、该实验需要交流电源，故B错误．
C、实验中需要测量纸带上两点间的距离，所以需要刻度尺，故C正确．
D、在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，故D错误．
故选：C．
（2）重物由O点运动到“4”点，势能的减少量的表达式为：mgS₄；
4这个点的速度为：v=$\frac{{{s}_{5}-s}_{3}}{2T}$，
动能增量的表达式为$\frac{1}{2}$m${v}_{4}^{2}$=$\frac{{m{（s}_{5}{-s}_{3}）}^{2}}{{8T}^{2}}$；
实验结果发现动能增量总小于重力势能的减少量，主要的原因是重锤下落过程受到阻力作用．
故答案为：（1）C  
（2）mgs₄，$\frac{{m{（s}_{5}{-s}_{3}）}^{2}}{{8T}^{2}}$，小于，重锤下落过程受到阻力作用

点评 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、所测数据等，会起到事半功倍的效果；注意匀变速直线运动的推论在纸带上的应用．