Question

3．在《驗證機械能守恒定律》實驗中，兩實驗小組同學(xué)分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實驗方案進行實驗．

（1）在甲圖中，下落物體應(yīng)選擇密度_大（選填“大”或“小”）的重物；在乙圖中，兩個重物的質(zhì)量關(guān)系是m₁＞m₂（選填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）采用圖乙中所示的實驗器材進行實驗，還需要的實驗器材有交流電源、刻度尺和天平．
（3）某次實驗所打紙帶如圖丙所示，O為第一個點，A、B、C、D 點到O點的距離已標(biāo)出，打點時間間隔為0.02s，則記錄C點時，重物速度v_c=0.78_m/s．
（4）在乙圖裝置中若滿足等式$（{m}_{1}-{m}_{2}）gh=\frac{1}{2}（{m}_{1}+{m}_{2}）{v}^{2}$，h為m₁下降的高度，v為對應(yīng)時刻的速度 則機械能守恒（說明式中各物理量的含義）．

Answer 1

分析 （1、2）在驗證機械能守恒定律的實驗中，應(yīng)選擇質(zhì)量大，體積小的物體作為重物．乙圖是驗證系統(tǒng)機械能守恒，通過實驗的原理確定測量的器材．
（3）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出C點的速度．
（4）根據(jù)系統(tǒng)重力勢能的減小量和動能的增加量相等得出機械能守恒滿足的表達式．

解答 解：（1）在甲圖中，為了減小阻力的影響，下落的物體應(yīng)選擇密度較大的重物．在乙圖中，m₁下降，m₂上升，可知兩個重物的質(zhì)量關(guān)系是m₁＞m₂．
（2）在圖乙中，驗證系統(tǒng)機械能守恒，需測量兩物體的質(zhì)量，則還需要天平．
（3）C點的瞬時速度為：${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{（49.0-17.8）×1{0}^{-3}}{0.04}m/s$=0.78m/s．
（4）在圖乙中，系統(tǒng)重力勢能的減小量為：△E_p=（m₁-m₂）gh，
系統(tǒng)動能的增加量為：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（{m}_{1}+{m}_{2}）{v}^{2}$
則需滿足的表達式為：$（{m}_{1}-{m}_{2}）gh=\frac{1}{2}（{m}_{1}+{m}_{2}）{v}^{2}$，h為m₁下降的高度，v為對應(yīng)時刻的速度．
故答案為：（1）大，＞；（2）天平，（3）0.78，（4）$（{m}_{1}-{m}_{2}）gh=\frac{1}{2}（{m}_{1}+{m}_{2}）{v}^{2}$，h為m₁下降的高度，v為對應(yīng)時刻的速度．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理以及注意事項，注意圖乙中研究的對象為系統(tǒng)，掌握紙帶的處理方法，會根據(jù)紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量．