Question

15．如圖所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平、交流電源．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）為完成此實(shí)驗(yàn)，除了現(xiàn)有的器材外，還需要的器材有刻度尺；
（2）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，在操作過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤的情況下，下列說(shuō)法中正確的是BD．
A．實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要稱(chēng)出重錘的質(zhì)量
B．實(shí)驗(yàn)中測(cè)得重錘重力勢(shì)能的減少量△E_p略大于它動(dòng)能的增加量△E_k，是因?yàn)樽枇ψ龉υ斐傻?br />C．如果紙帶上打下的第1、2點(diǎn)模糊不清，則無(wú)論用何種方法處理數(shù)據(jù)，該紙帶都不能用于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
D．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可直接利用打下的連續(xù)實(shí)際點(diǎn)跡作為“計(jì)數(shù)點(diǎn)”
（3）若按實(shí)驗(yàn)要求選出合適的紙帶進(jìn)行測(cè)量，量得連續(xù)三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C到第一個(gè)點(diǎn)O的距離如圖2所示（相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s），當(dāng)?shù)刂亓�加速度的值�?.80m/s²，重錘質(zhì)量為0.500kg，那么打下點(diǎn)B時(shí)重錘的速度v_B=2.00m/s，從O到B的過(guò)程中重力勢(shì)能減少量△E_p=1.05J（計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）紙帶各點(diǎn)間距離需要刻度尺測(cè)量；
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要稱(chēng)出重錘的質(zhì)量；
阻力做功使得實(shí)驗(yàn)中測(cè)得重錘重力勢(shì)能的減少量△E_p略大于它動(dòng)能的增加量△E_k；
如果紙帶上打下的第1、2點(diǎn)模糊不清，可以選擇紙帶上其他清晰兩點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；
處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可直接利用打下的連續(xù)實(shí)際點(diǎn)跡作為“計(jì)數(shù)點(diǎn)”；
（3）要測(cè)量重物下落的高度，要計(jì)算與下落高度相對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度．根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量；根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出該點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能的變化量．

解答 解：（1）紙帶各點(diǎn)間距離需要刻度尺測(cè)量，所以還需要的器材有刻度尺；
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要稱(chēng)出重錘的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；
阻力做功使得實(shí)驗(yàn)中測(cè)得重錘重力勢(shì)能的減少量△E_p略大于它動(dòng)能的增加量△E_k ，故B正確；
如果紙帶上打下的第1、2點(diǎn)模糊不清，可以選擇紙帶上其他清晰兩點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，故C錯(cuò)誤；
處理打點(diǎn)的紙帶時(shí)，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法，若采用計(jì)數(shù)點(diǎn)，是使測(cè)量長(zhǎng)度變長(zhǎng)，從而減小測(cè)量長(zhǎng)度的誤差，故D正確．
（3）B點(diǎn)時(shí)重錘的速度等于AC兩點(diǎn)間的平均速度．AC間距為：
${x}_{AC}=（25.71-17.72）cm=7.99cm=7.99×1{0}^{-2}m$
B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為：
${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{7.99×1{0}^{-2}}{2×0.02}m/s=2.00m/s$
從O到B的過(guò)程中重力勢(shì)能減少量為：
△E_p=mgh=0.500×9.8×0.2152J=1.05J
故答案為：（1）刻度尺；（2）BD；（3）2.00，1.05．

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)原理，掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度和重力勢(shì)能．