Question

用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中：
（1）有下列器材可供選用：電磁打點計時器、鐵架臺（帶鐵架）、帶鐵夾的重物、復寫紙、紙帶、秒表、導線、開關、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，應選擇

C

A．質量為100g的木球      B．質量為10g的砝碼     C．質量為200g的重錘      D．質量為10g的塑料球
（3）若實驗中所用重錘質量為m=1kg，打點紙帶如圖1所示（O點為自由下落的起始點），打點時間間隔為0.02s，則記錄D點時，重錘的速度v_D=

0.768

，重錘動能E_KD=

0.295

．從開始下落起至D點，重錘的重力勢能減少量為

0.321

J，因此可得出的結論是

在忽略阻力的情況下，重錘機械能守恒

．（結果均保留三位有效數字）
（4）根據紙帶算出相關各點的速度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是圖2中的

C

Answer 1

分析：（1）驗證機械能守恒的實驗中，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量大的重物．
（3）勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出D點的速度大小，進一步求出動能的增加量，根據重力做功和重力勢能之間的關系可求出重力勢能的減小量，比較重力勢能的減小量和動能增加量之間的關系可正確得出結論．
（4）根據機械能守恒有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的直線．

解答：解：（1）其中不必要的器材是：因為我們是比較mgh、

1

2

mv2的大小關系，故m可約去，不需要用天平，不需要秒表，打點計時器本身可以表示出時間；
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，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）由于實驗中受到空氣阻力和紙帶的摩擦阻力，所以我們應找體積較小，質量較大的物體作為研究對象．
故選C．
（3）變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出D點的速度大小為：
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能幾乎相等，故結論是：在忽略阻力的情況下，重錘機械能守恒．
故答案為：0.768；0.295；0.301，在忽略阻力的情況下，重錘機械能守恒．
（4）根據機械能守恒有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的直線，ABD錯誤，C正確．
故選C．

點評：正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發進行分析所需實驗器材、實驗步驟、所測數據等，會起到事半功倍的效果．