Question

18．驗證機械能守恒定律的實驗裝置如圖1所示．現有的器材：帶鐵夾的鐵架臺、紙帶、打點計時器、交流電源、帶夾子的重物．回答下列問題：

（1）為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有C．（填入選項前的字母）
A．秒表　　   　　B．天平         C．毫米刻度尺
（2）部分實驗步驟如下：
A．接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開紙帶
B．手提紙帶的上端，讓重物靜止在打點計時器附近
C．關閉電源，取出紙帶
D．把打點計時器固定在鐵夾上，讓紙帶穿過限位孔
上述實驗步驟的正確順序是；DBAC（填入選項前的字母）
（3）實驗中，夾子與重物的質量m=250g，打點計時器在紙帶上打出一系列點．如圖2所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點，A、B、C為三個連續(xù)點，已知打點計時器每隔0.02s打一個點，當地的重力加速度g=9.80m/s²．選取圖中O點和B點來驗證機械能守恒定律，則重物重力勢能減少量△E_P=0.49J，動能增量△E_K=0.48J．（以上均要求保留2位有效數字）

Answer 1

分析 驗證機械能守恒定律，即驗證鉤碼重力勢能的減小量與動能的增加量是否相等，運用打點計時器需使用交流電源．紙帶處理時需刻度尺．
首先是安裝實驗的器材，然后是接通電源，放開紙帶，為了取得較好的實驗效果，還要更換紙帶，重復實驗幾次，最后是數據處理．
紙帶法實驗中，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和加速度，從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．

解答 解：（1）要驗證鉤碼動能的增加量與重力勢能的增加量是否相等，即mgh=$\frac{1}{2}$mv²，質量可以約去，所以不需要天平，
要測量下落的高度和瞬時速度，在紙帶處理時需刻度尺．
紙帶上相鄰兩計時點的時間間隔已知，所以不需要秒表．
故選：C
（2）根據實驗原理與操作步驟一一分析：
首先是安裝實驗的器材，包括：D．把打點計時器固定在鐵夾上，讓紙帶穿過限位孔，B．手提紙帶的上端，讓重物靜止在打點計時器附近，然后是A．接通電源，放開紙帶，最后C．關閉電源，取出紙帶．所以正確順序是DBAC．
（3）減少的重力勢能△Ep=mgh=0.25×9.8×0.2=0.49J
利用勻變速直線運動的推論
v_B=$\frac{0.2415-0.1635}{2×0.02}$=1.95m/s
所以增加的動能△E_k=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{1}{2}$0.25×（1.95）²=0.48J
故答案為：（1）C   （2）DBAC   （3）0.49；0.48

點評 要記好試驗器材，必須結合試驗的原理和試驗的器材圖才能記憶牢固，單純的記憶試驗器材容易遺漏；凡是涉及紙帶問題的，基本都離不開求一個點的速度，一般的方法是用“平均速度等于中間時刻的瞬時速度”．