Question

在利用重錘下落驗證機械能守恒定律的實驗中：
（1）有下列器材可供選用：重錘，鐵架臺，天平，秒表，電磁打點計時器，復寫紙，紙帶，低壓直流電源．其中不必要的器材有

天平、秒表、低壓直流電源

；缺少的器材是

刻度尺、低壓交流電源

．
（2）實驗中用打點計時器打出的紙帶如圖，其中，A為打下的第1個點，C、D、E、F為距A較遠的連續(xù)選取的四個點（其他點未標出）．用刻度尺量出C、D、E、F到A的距離分別為s₁=20.06cm，s₂=24.20cm，s₃=28.66cm，s₄=33.60cm．重錘的質(zhì)量為m=1.00kg；打點周期為T=0.02s；實驗地點的重力加速度為g=9.80m/s2．為了驗證打下A點到打下D點過程中重錘的機械能守恒，應計算出：打下D點時重錘的速度v=

s3-s1

2T

（用題予字符表達）=

2.15

m/s，重錘重力勢能的減少量△Ep=

mgs₂

（用題予字符表達）=

2.37

J，重錘動能的增加量△E_p=

m(s3-s1)2

8T2

（用題予字符表達）=

2.31

J．（小數(shù)點后保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

分析：（1）明確了實驗原理，確定實驗需要測量的物理量，則可進一步知道實驗所需要的器材．
（2）根據(jù)重力勢能變化量△E_P=mgh，確定高度h求解．由勻變速直線運動的推論求出D點速度，再求動能的增加量為△E_k．

解答：解：（1）該實驗中，要有做自由落體運動的物體重錘；通過打點計時器來記錄物體運動時間，不需要秒表，
打點計時器需要的是低壓交流電源，因此低壓直流電源不需要，缺少低壓交流電源，
由于驗證機械能公式中可以把物體質(zhì)量約掉，因此不需要天平，同時實驗中缺少刻度尺．
即不必要的器材有：天平、秒表、低壓直流電源，
缺少的器材是：刻度尺、低壓交流電源
（2）由勻變速直線運動的推論得
v_D=

s3-s1

2T

=

0.2866-0.2006

2×0.02

=2.15m/s
從起點O到打下點D的過程中，重力勢能的減少量△E_P=mgh=mgs₂=2.37J
重錘動能的增加量△E_k=

1

2

m

v

2 D

-0=

m(s3-s1)2

8T2

=2.31J
故答案為：（1）天平、秒表、低壓直流電源；    刻度尺、低壓交流電源
（2）

s3-s1

2T

，2.15，mgs₂，2.37，

m(s3-s1)2

8T2

； 2.31

點評：正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、所測數(shù)據(jù)、誤差分析等，會起到事半功倍的效果．