Question

1．某同學(xué)為驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”，現(xiàn)有如圖甲所示的裝置圖．

（1）如圖甲所示裝置圖中已有的器材外：請(qǐng)?jiān)谌缦滤膫�(gè)選項(xiàng)中挑選完成本實(shí)驗(yàn)所必須的實(shí)驗(yàn)器材AC
A．刻度尺                      B．秒表
C．游標(biāo)卡尺                    D．紙帶
（2）補(bǔ)齊器材后，某同學(xué)按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟完成本次實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電門與電磁鐵下端間距為47.55cm，小鋼球直徑如圖乙所示，為7.4mm，鋼球經(jīng)過光電門時(shí)間為2.43ms已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度的值�?.80m/s²（重物質(zhì)量為m）
①重力勢(shì)能減少量是4.66mJ，動(dòng)能增加量是4.65mJ
②請(qǐng)述說實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，重物自由下落過程機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，該實(shí)驗(yàn)不需要秒表測(cè)量時(shí)間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能計(jì)算時(shí)間，同時(shí)也不需要紙帶，利用平均速度等于中時(shí)刻瞬時(shí)速度，即可求解球的瞬時(shí)速度；
解決本題的關(guān)鍵掌握游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法，主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀．
 根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出計(jì)數(shù)點(diǎn)B的速度，從而得出動(dòng)能的增加量，根據(jù)下落的高度求出重力勢(shì)能的減小量，結(jié)合動(dòng)能增加量和重力勢(shì)能減小量的關(guān)系判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）根據(jù)重物下落過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式可知，需要測(cè)量長(zhǎng)度，求得下落的高度，并且利用平均速度等于中時(shí)刻瞬時(shí)速度，那么還需要游標(biāo)卡尺，測(cè)量球的直徑，對(duì)于秒表，不需要，因計(jì)點(diǎn)計(jì)時(shí)器能算出時(shí)間，而紙帶也不需要，通過球經(jīng)過光電門來算出瞬時(shí)速度大小，故AC正確，BD錯(cuò)誤．
（2）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：0.7cm=7mm，游標(biāo)尺上第4×2個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊，所以游標(biāo)讀數(shù)為8×0.05mm=0.40mm，
所以最終讀數(shù)為：7mm+0.40cm=7.40mm．
①重力勢(shì)能減小量△E_p=mgh=m×9.8×47.55×10^-2 J=4.66mJ．
物體通過光電門的速度v=$\fracqm2mwaw{t}$=$\frac{7.4×1{0}^{-3}}{2.43×1{0}^{-3}}$m/s=3.05m/s．
從起點(diǎn)到光電門的過程中物體的動(dòng)能增加量△E_K=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=$\frac{1}{2}$×m×3.05²=4.65mJ；
②在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢(shì)能的減小量與動(dòng)能的增加量相等，知物體在下落過程中機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）AC；
（2）7.4，①4.66m； 4.65m；
②實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，重物自由下落過程機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)的原理，知道需要測(cè)量哪些量，需要哪些器材．
對(duì)于基本測(cè)量?jī)x器如游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器等要了解其原理，要能正確使用這些基本儀器進(jìn)行有關(guān)測(cè)量．同時(shí)要掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過紙帶求解瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量．