Question

【題目】某實驗小組在做“驗證機械能守恒定律”實驗中：提出了如圖所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運動進行實驗，乙方案為用小車在斜面上下滑進行實驗。

（1）組內同學對兩種方案進行了深入的討論分析，最終確定了一個大家認為誤差相對較小的方案，你認為該小組選擇的方案是_____，理由是_____。

（2）若該小組采用甲方案進行實驗，除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、電磁打點計時器、導線及開關外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_____。

A．交流電源 B．刻度尺 C．天平（含砝碼）

（3）若該小組采用甲方案的裝置打出了一條紙帶如圖丙所示，在紙帶上選取三個連續打出的點A、B、C測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC．已知當地重力加速度為g，打點計時器打點的周期為T．設重物的質量為m從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量△Ep＝_____，動能變化量△Ek＝_____。

（4）該小組內同學根據紙帶算出了相應點的速度，作出v2﹣h圖線如圖丁所示，謂根據圖線計算出當地的重力加速度g＝_____m/s2．（結果保留三位有效數字）

Answer 1

【答案】甲， 采用圖乙實驗時，由于小車與斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小車在下滑的過程中機械能不守恒，故圖乙不能用于驗證機械能守恒 AB -mghB 9.75

【解析】

（1）[1] 該小組選擇的方案是甲圖；由甲、乙兩圖可知，乙圖存在的摩擦遠遠大于甲圖中摩擦，由此可知甲圖驗證機械能守恒更合適。

[2] 采用圖乙實驗時，由于小車與斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小車在下滑的過程中機械能不守恒，故圖乙不能用于驗證機械能守恒

（2）[3]該實驗中要使用打點計時器，使用要交流電源（A）；要測量各點之間的距離，使用需要刻度尺（B）；驗證機械能守恒時，等號兩側的質量可以約掉，所以不需要天平（C）；故選AB.

（3）[4]重物的質量為m從打O點到打B點的過程中，重物的重力做功為：W＝mghB；所以重力勢能變化量為：△Ep＝﹣mghB

[5]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，因此有：

則動能的變化量：

（4）[6]由機械能守恒mgh=mv2得v2＝2gh，由此可知：圖象的斜率k＝2g，由此可以求出當地的重力加速度，由圖可知，當h＝20cm時，v2＝3.90，所以k=v2/h=3.90/0.2=19.5，所以g≈9.75m/s2。