Question

1．某同學為驗證“機械能守恒定律”，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：請在如下四個選項中挑選完成本實驗所必須的實驗器材AC
A．刻度尺                      B．秒表
C．游標卡尺                    D．紙帶
（2）補齊器材后，某同學按照正確的實驗步驟完成本次實驗．實驗測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，鋼球經過光電門時間為2.43ms已知當地重力加速度的值為9.80m/s²（重物質量為m）
①重力勢能減少量是4.66mJ，動能增加量是4.65mJ
②請述說實驗結論實驗誤差范圍內，重物自由下落過程機械能守恒．

Answer 1

分析 根據實驗原理可知，該實驗不需要秒表測量時間，打點計時器能計算時間，同時也不需要紙帶，利用平均速度等于中時刻瞬時速度，即可求解球的瞬時速度；
解決本題的關鍵掌握游標卡尺讀數的方法，主尺讀數加上游標讀數，不需估讀．
 根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出計數點B的速度，從而得出動能的增加量，根據下落的高度求出重力勢能的減小量，結合動能增加量和重力勢能減小量的關系判斷機械能是否守恒．

解答 解：（1）根據重物下落過程中機械能守恒的表達式可知，需要測量長度，求得下落的高度，并且利用平均速度等于中時刻瞬時速度，那么還需要游標卡尺，測量球的直徑，對于秒表，不需要，因計點計時器能算出時間，而紙帶也不需要，通過球經過光電門來算出瞬時速度大小，故AC正確，BD錯誤．
（2）游標卡尺的主尺讀數為：0.7cm=7mm，游標尺上第4×2個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數為8×0.05mm=0.40mm，
所以最終讀數為：7mm+0.40cm=7.40mm．
①重力勢能減小量△E_p=mgh=m×9.8×47.55×10^-2 J=4.66mJ．
物體通過光電門的速度v=$\fracixqje7w{t}$=$\frac{7.4×1{0}^{-3}}{2.43×1{0}^{-3}}$m/s=3.05m/s．
從起點到光電門的過程中物體的動能增加量△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，重力勢能的減小量與動能的增加量相等，知物體在下落過程中機械能守恒．
故答案為：（1）AC；
（2）7.4，①4.66m； 4.65m；
②實驗誤差范圍內，重物自由下落過程機械能守恒．

點評 解決本題的關鍵掌握驗證機械能守恒定律的實驗的原理，知道需要測量哪些量，需要哪些器材．
對于基本測量儀器如游標卡尺、螺旋測微器等要了解其原理，要能正確使用這些基本儀器進行有關測量．同時要掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量．