Question

14．某同學用重鍾做“驗證機械能守恒定律”的實驗．讓重錘從高處  由靜止開始下落，打點計時器就在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量，即可驗證機械能守恒定律．

（1）圖1中圖乙（選填“甲”或“乙”）所示安裝方案更好一些，按此示意圖組裝實驗器材；
（2）將打點計時器接到交流（選填“直流”或“交流”）電源上；
（3）在驗證機械能守恒的實驗中，所用電源的頻率為50Hz，重錘的質(zhì)量m=1.00kg，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點位置對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖2所示（圖中O是打點計時器打的第一個點，A、B、C、D、E分別是以每打兩個點的時間作為計時單位取的計數(shù)點）．查得當?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．根據(jù)紙帶求：（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
①重錘下落的加速度9.69m/s²
②重錘從起始下落至B時，減少的重力勢能為1.91J
③重錘下落到B時，動能為1.88J．

Answer 1

分析 根據(jù)驗證機械能守恒定律的原理及實驗方法選取合理的方案；打點計時器使用交流電源；必須先接通電源后釋放紙帶．
該實驗為驗證性實驗，是在知道原理的情況下進行驗證，因此求出物體下落時重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可驗證，但是由于存在誤差，物體下落時克服阻力做功，因此重力勢能的減小量略大于動能的增加量，求物體下落的加速度時可以利用逐差即△x=aT²法進行．

解答 解：（1）在用自由落體“驗證機械能守恒定律”時，我們是利用自由下落的物體帶動紙帶運動，通過打點計時器在紙帶上打出的點求得動能及變化的勢能；對于方案乙，能確保紙帶處于豎直面上，所以乙所示安裝方案更好一些．
（2）將打點計時器接到交流電源；
（3）①每兩個計數(shù)點之間的時間間隔為：T=0.04s，根據(jù)利用逐差△x=aT²有：
a=$\frac{0.497-0.280-（0.280-0.125）}{{（2×0.04）}^{2}}$=9.69 m/s²；
②重力勢能的減小量為：△E_P=mgh_OB=1×9.8×0.195=1.91 J
③B點時的速度為：v_B=$\frac{0.280-0.125}{2×0.04}$=1.94m/s，
重錘下落到B時，動能為：E_K=$\frac{1}{2}×1×$（1.94）²=1.88 J
故答案為：（1）C；（2）交流；（2）①9.69；②1.91；③1.88

點評 通過該題理解驗證性實驗的特點，把握實驗原理，提升實驗?zāi)芰�，該題是考查基礎(chǔ)實驗知識的好題．