Question

5．某实验小组利用如图1所示的实验装置来验证机械能守恒定律．已知当地的重力加速度g=9.80m/s²，实验小组选出的一条纸带如图2所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点．

（1）要验证重锤下落过程中符合机械能守恒，除了图示器材，以下实验器材必须要选取的有BD．（填写字母代号）
A．秒表    B．刻度尺   C．天平   D．交流电源
（2）为减少实验误差，下落物体应选用200g重锤（选填“50g钩码”或“200g重锤”）
（3）进一步测得如图2中h₁=13.06cm，h₂=7.14cm，h₃=8.71cm，若重锤的质量为0.10kg，则打点计时器打B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了0.198J，此时重锤的动能比开始下落时增加了0.196J（计算结果保留3位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）不需要秒表，因有打点计时器；天平不需要，因等式两边质量相互约去；需要刻度尺测量长度，求得速度；需要交流电源，提供打点计时器工作；
（2）探究外力做功与动能的关系时，需测量下降的高度，以及速度的大小．为了减小实验的误差，重锤选择质量大，体积小的．
（3）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点的速度，从而求出动能的变化量，根据下降的高度求出重力做功的大小，从而即可求解．

解答 解：（1）在该实验中，需测量物体下降的高度和物体的速度，所以纸带处理时需要刻度尺；还需要交流电源，供计时器工作；而比较重力功和动能变化的关系，两边都有质量，可以约去，不需要天平；同时不需要秒表，因打点计时器．故B、D正确，A、C错误．
故选：BD．
（2）为了减小阻力的影响，重锤选择质量大，体积小的，即密度大的，所以选择质量为200g的重锤．
（3）从开始到B过程中，重锤动能变化量△E_k=mgh_B=0.1×10×（0.1306+0.0714）=0.198J，
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度得：v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0714+0.0871}{4×0.02}$=1.98m/s，
从开始到B过程中，重锤动能变化量△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²-0=0.196J，
故答案为：（1）BD；（2）200 g重锤； （3）0.198；0.196．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，以及掌握数据处理的方法，实验原理是数据处理方法和误差分析的基础．