Question

13．如圖1所示為驗證機械能守恒定律的實驗裝置．現(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平．

（1）為完成實驗，還需要的器材有AD．
A．米尺                            B．0～6V直流電源
C．秒表                            D．0～6V交流電源
（2）某同學用圖1所示裝置打出的一條紙帶如圖2所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02s，根據(jù)紙帶計算出打下D點時重物的速度大小為1.75m/s．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）采用重物下落的方法，根據(jù)公式$\frac{1}{2}$mv²=mgh驗證機械能守恒定律，對實驗條件的要求是重物的初速度為零，為驗證和滿足此要求，所選擇的紙帶第1、2點間的距離應接近2mm．
（4）該同學根據(jù)紙帶算出了相應點的速度，作出v²-h圖象如圖3所示，則圖線斜率的物理意義是當?shù)刂亓�加速度�?倍．

Answer 1

分析 （1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．
（2）紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．
（3）明確實驗原理及要求，從而確定實驗中應注意的問題；
（4）明確機械能守恒定律的基本規(guī)律列式，再根據(jù)圖象進行分析明確圖象的斜率．

解答 解：（1）通過打點計時器計算時間，故不需要秒表．
打點計時器應該與交流電源連接．
需要刻度尺測量紙帶上兩點間的距離．
故選AD．
（2）由圖可知CE間的距離為：x=19.41-12.40=7.01cm=0.0701m；則由平均速度公式可得，D點的速度v_D=$\frac{x}{2T}$=$\frac{0.0701}{0.04}$=1.75m/s；
（3）用公式$\frac{1}{2}$mv²=mgh時，對紙帶上起點的要求是重錘是從初速度為零開始，
打點計時器的打點頻率為50 Hz，打點周期為0.02 s，重物開始下落后，在第一個打點周期內(nèi)重物下落的高度所以所選的紙帶最初兩點間的距離接近2mm，h=$\frac{1}{2}$gT²=×9.8×0.02² m≈2 mm．
（4）由機械能守恒mgh=$\frac{1}{2}$mv²得v²=2gh，
由此可知：圖象的斜率k=2g；
故答案為：（1）AD；（2）1.75；（3）重物的初速度為零  2 mm；（4）當?shù)刂亓�加速度�?倍

點評 本題考查驗證機械能守恒定律的實驗，要注意運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題．同時在計算中要注意單位的換算．