Question

4．在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，有下列器材可供選擇：
A、帶夾子的鐵架臺   B、電火花計時器    C、220V交流電源   D、紙帶   E、帶夾子的重物  F、秒表   G、天平    H、刻度尺
（1）其中不必要的器材有FG（填器材前面的字母）
（2）下列實驗步驟操作合理的順序排列是ADBCEF（填寫步驟前面的字母）
A．將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上，
B．接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，
C．取下紙帶，更換新紙帶（或?qū)⒓垘Х瓊�面）重新做實驗，
D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提紙帶，
E．選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h₁，h₂，h₃，…h(huán)_n，計算出對應(yīng)的瞬時速度v₁，v₂，v₃，…，v_n，
F．分別算出$\frac{1}{2}$mv${\;}_{n}^{2}$和mgh_n，在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等．
（3）在實驗中，已知打點計時器所用電源頻率為50Hz．已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=10m/s²．所用重物的質(zhì)量為0.50kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一點計作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，如圖所示．經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為23.77cm、28.20cm、33.00cm、38.20cm．
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知打C點時重物的速度為2.50m/s重物由O點運(yùn)動到C點，重力勢能的減少量等于1.62J，動能的增加量等于1.56J．（取3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 在驗證機(jī)械能守恒的實驗中，驗證動能的增加量與重力勢能的減小量是否相等，所以要測重錘下降的距離和瞬時速度，測量瞬時速度和下降的距離均需要刻度尺，不需要秒表，重錘的質(zhì)量可測可不測．
實驗步驟操作的順序：安裝在鐵架臺，安裝打點計時器，將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，打點，重復(fù)，選紙帶，數(shù)據(jù)處理．

解答 解：（1）在實驗中需要刻度尺測量紙帶上點與點間的距離從而可知道重錘下降的距離，以及通過紙帶上兩點的距離，求出平均速度，從而可知瞬時速度．紙帶上相鄰兩計時點的時間間隔已知，所以不需要秒表．重錘的質(zhì)量可測可不測，也不需要天平，
故選：FG．
（2）按照實驗操作的步驟順序：安裝在鐵架臺，安裝打點計時器（A），將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器（D），打點（B） 重復(fù)（C）選紙帶（E），數(shù)據(jù)處理（F）．
所以合理的順序排列是A D B C E F．
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度大小，有：
v_C=$\frac{0.3820-0.2820}{2×0.02}$=2.50m/s
重力勢能的減小量等于重力所做功，因此有：
△E_p=mgh=0.5×9.8×0.33=1.62J
動能的增量為：△E_k=$\frac{1}{2}×0.5×$（2.5）²=1.56J
故答案為：（1）FG
（2）A D B C E F
（3）2.50；1.62；1.56；

點評 該題考查到驗證機(jī)械能守恒的實驗?zāi)康�、實驗步驟、儀器的選取以及實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差的分析．
對于實驗器材的選取要根據(jù)實驗原理和所測量數(shù)據(jù)進(jìn)行選��；紙帶問題的處理時力學(xué)實驗中常見的問題，我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點時紙帶運(yùn)動的瞬時速度和加速度從而進(jìn)一步根據(jù)要求來求出所要解決的問題．