Question

（1）如圖1，利用重錘的自由下落和電磁打點計時器驗證機械能守恒定律，下面哪些實驗儀器是必需的？

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）在該實驗中，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”點運動到“4”點，重力勢能減少量的表達式為

mgs₄

，動能增量的表達式為

E_k=

m(s5-s3)2

8T2

（重錘質(zhì)量為m，打點計時器的打點周期為T），實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)動能增量總

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計時器間的阻力等

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)實驗原理以及數(shù)據(jù)處理方法選擇需要的器材；
（2）物體做加速運動，根據(jù)所打點之間距離的變化可以判斷那端與物體相連；紙帶實驗中，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，進一步求出物體的動能變化，根據(jù)下落高度計算重力勢能的變化．

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

s5-s3

2T

，故動能增量的表達式為：E_k=

1

2

mv 42=

m(s5-s3)2

8T2

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)動能的增量總略小于重力勢能的減少量，因為紙帶與打點計時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計時器間的阻力等．

點評：本題考查了驗證機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動規(guī)律在實驗中的應(yīng)用．
正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、所測數(shù)據(jù)、誤差分析等，會起到事半功倍的效果．