Question

用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中：
（1）有下列器材可供選用：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵架臺(tái)（帶鐵架）、帶鐵夾的重物、復(fù)寫紙、紙帶、秒表、導(dǎo)線、開關(guān)、天平，其中不必要的器材是

秒表、天平

；缺少的器材是交流電源，

刻度尺

．
（2）供選擇的重物有以下四個(gè)，應(yīng)選擇

C

A．質(zhì)量為100g的木球      B．質(zhì)量為10g的砝碼     C．質(zhì)量為200g的重錘      D．質(zhì)量為10g的塑料球
（3）若實(shí)驗(yàn)中所用重錘質(zhì)量為m=1kg，打點(diǎn)紙帶如圖1所示（O點(diǎn)為自由下落的起始點(diǎn)），打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則記錄D點(diǎn)時(shí)，重錘的速度v_D=

0.768

，重錘動(dòng)能E_KD=

0.295

．從開始下落起至D點(diǎn)，重錘的重力勢能減少量為

0.321

J，因此可得出的結(jié)論是

在忽略阻力的情況下，重錘機(jī)械能守恒

．（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）
（4）根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，則以v²/2為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象應(yīng)是圖2中的

C

Answer 1

分析：（1）驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證動(dòng)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(shí)速度，測量瞬時(shí)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．
（2）選擇的重物要有利于減小誤差，因此要選擇體積小質(zhì)量大的重物．
（3）勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出D點(diǎn)的速度大小，進(jìn)一步求出動(dòng)能的增加量，根據(jù)重力做功和重力勢能之間的關(guān)系可求出重力勢能的減小量，比較重力勢能的減小量和動(dòng)能增加量之間的關(guān)系可正確得出結(jié)論．
（4）根據(jù)機(jī)械能守恒有mgh=

1

2

mv2，由此得出則以

v2

2

為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象為過原點(diǎn)的直線．

解答：解：（1）其中不必要的器材是：因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、

1

2

mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不需要用天平，不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身可以表示出時(shí)間；
在實(shí)驗(yàn)中需要刻度尺測量紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)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(diǎn)的距離，求出平均速度，從而可知瞬時(shí)速度，因此還需要刻度尺，交流電源．
故答案為：秒表、天平；刻度尺，交流電源．
（2）由于實(shí)驗(yàn)中受到空氣阻力和紙帶的摩擦阻力，所以我們應(yīng)找體積較小，質(zhì)量較大的物體作為研究對(duì)象．
故選C．
（3）變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出D點(diǎn)的速度大小為：
vD=

xCE

2T

=0.768m/s
EkD=

1

2

mv2=0.295J
重力勢能減少量是：mgh=1×9.8×32.72×10^-3=0.321J
減少的重力勢能和增加的動(dòng)能幾乎相等，故結(jié)論是：在忽略阻力的情況下，重錘機(jī)械能守恒．
故答案為：0.768；0.295；0.301，在忽略阻力的情況下，重錘機(jī)械能守恒．
（4）根據(jù)機(jī)械能守恒有mgh=

1

2

mv2，由此得出則以

v2

2

為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象為過原點(diǎn)的直線，ABD錯(cuò)誤，C正確．
故選C．

點(diǎn)評(píng)：正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、所測數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果．