Question

18．验证机械能守恒定律的实验装置如图1所示．现有的器材：带铁夹的铁架台、纸带、打点计时器、交流电源、带夹子的重物．回答下列问题：

（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有C．（填入选项前的字母）
A．秒表　　   　　B．天平         C．毫米刻度尺
（2）部分实验步骤如下：
A．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开纸带
B．手提纸带的上端，让重物静止在打点计时器附近
C．关闭电源，取出纸带
D．把打点计时器固定在铁夹上，让纸带穿过限位孔
上述实验步骤的正确顺序是；DBAC（填入选项前的字母）
（3）实验中，夹子与重物的质量m=250g，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图2所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为三个连续点，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度g=9.80m/s²．选取图中O点和B点来验证机械能守恒定律，则重物重力势能减少量△E_P=0.49J，动能增量△E_K=0.48J．（以上均要求保留2位有效数字）

Answer 1

分析 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．
首先是安装实验的器材，然后是接通电源，放开纸带，为了取得较好的实验效果，还要更换纸带，重复实验几次，最后是数据处理．
纸带法实验中，若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．

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mgh=$\frac{1}{2}$mv²，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．
纸带上相邻两计时点的时间间隔已知，所以不需要秒表．
故选：C
（2）根据实验原理与操作步骤一一分析：
首先是安装实验的器材，包括：D．把打点计时器固定在铁夹上，让纸带穿过限位孔，B．手提纸带的上端，让重物静止在打点计时器附近，然后是A．接通电源，放开纸带，最后C．关闭电源，取出纸带．所以正确顺序是DBAC．
（3）减少的重力势能△Ep=mgh=0.25×9.8×0.2=0.49J
利用匀变速直线运动的推论
v_B=$\frac{0.2415-0.1635}{2×0.02}$=1.95m/s
所以增加的动能△E_k=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{1}{2}$0.25×（1.95）²=0.48J
故答案为：（1）C   （2）DBAC   （3）0.49；0.48

点评 要记好试验器材，必须结合试验的原理和试验的器材图才能记忆牢固，单纯的记忆试验器材容易遗漏；凡是涉及纸带问题的，基本都离不开求一个点的速度，一般的方法是用“平均速度等于中间时刻的瞬时速度”．