Question

（1）如圖1，利用重錘的自由下落和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，下面哪些實(shí)驗(yàn)儀器是必需的？

CE

（填寫儀器前的字母代號）．
A．天平    
B．4～6V的低壓直流電源
C．4～6V的低壓交流電源   
D．停表    
E．刻度尺
（2）在該實(shí)驗(yàn)中，選定了一條較為理想的紙帶，如圖2所示，紙帶的

左

端（選填“左”或“右”）與重物相連；重物由“0”點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到“4”點(diǎn)，重力勢能減少量的表達(dá)式為

mgs₄

，動(dòng)能增量的表達(dá)式為

E_k=

m(s5-s3)2

8T2

（重錘質(zhì)量為m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T），實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增量總

小于

（填“大于”、“等于”或“小于”）重力勢能的減少量，主要的原因是

存在空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的阻力等

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理以及數(shù)據(jù)處理方法選擇需要的器材；
（2）物體做加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)所打點(diǎn)之間距離的變化可以判斷那端與物體相連；紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，進(jìn)一步求出物體的動(dòng)能變化，根據(jù)下落高度計(jì)算重力勢能的變化．

解答：解：（1）在該實(shí)驗(yàn)中，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來記錄物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不需要停表，由于驗(yàn)證機(jī)械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4-6V交流電源，所以不需要低壓直流電源．測量紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離需要刻度尺．故必須的器材是：CE．
（2）物體做加速運(yùn)動(dòng)，紙帶上的點(diǎn)從左到右間距越來越大，即紙帶左邊打點(diǎn)時(shí)速度比較小，應(yīng)該是先打點(diǎn)，因此重物相連接的是圖2中紙帶的左端，
從打0點(diǎn)到打4點(diǎn)，紙帶下落的高度為s₄，故重力勢能的減少量的表達(dá)式是mgs₄．
4點(diǎn)的速度：v₄=

s5-s3

2T

，故動(dòng)能增量的表達(dá)式為：E_k=

1

2

mv 42=

m(s5-s3)2

8T2

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)能的增量總略小于重力勢能的減少量，因?yàn)榧垘�與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及重物下落受到空氣阻力的作用等原因．
故答案為：（1）CE（2）左；mgs₄；

m(s5-s3)2

8T2

；小于；存在空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的阻力等．

點(diǎn)評：本題考查了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律中的數(shù)據(jù)處理方法，注意物理基本規(guī)律尤其是勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．
正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測數(shù)據(jù)、誤差分析等，會起到事半功倍的效果．