Question

【题目】用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验:

（1）为进行该实验，备有下列器材可供选择铁架台、打点计时器、复写纸片、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关。其中不必要的器材是__________________。缺少的器材是____________。

（2）若实验中所用重物的质量m=1㎏，打点时间间隔为0.02s，打出的纸带如下图所示，O、A、B、C、D为相邻的几点，测的OA=0.18cm、OB=0.76㎝、OC=1.71㎝、OD=3.04㎝，查出当地的重力加速度g=9.80m/s2，则重物在B点时的动能EkB=________ J。从开始下落到B点的过程中，重物的重力势能减少量是EPB=_____J，由此得出的结论是 _______________。(计算结果保留三位有效数字)

（3）根据纸带算出相关各点的速度v量出下落的距离h，以v2/2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图中的________，就证明机械能是守恒的，图像的斜率代表的物理量是 ________________。

Answer 1

【答案】（1）天平、秒表、低压直流电源 重锤、直尺、低压交流电源（或交流电源） （2）0.0732 0.0745 在实验误差允许的范围内减少的物体重力势能等于其增加的动能，物体自由下落过程中机械能守恒 （3）C 重力加速度g

【解析】

（1）因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平。通过打点计时器计算时间，故不需要秒表。打点计时器应该与交流电源连接。缺少低压交流电源、重锤、直尺。
（2）利用匀变速直线运动的推论

根据动能的定义式得出：EkB=mvB2=0.0732J
根据重力势能的定义式得出当打点计时器打在B点时，重锤的重力势能的减少量为△EP=mgh=1.0×9.8×0.0076 J=0.0745 J
在实验误差允许的范围内减少的物体重力势能等于其增加的动能，物体自由下落过程中机械能守恒；
（3）利用-h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh=mv2，即=gh
所以以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图中的C。那么-h图线的斜率就等于重力加速度g。