Question

在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：
（1）有下列器材可供选用：重锤，铁架台，天平，秒表，电磁打点计时器，复写纸，纸带，低压直流电源．其中不必要的器材有

天平、秒表、低压直流电源

；缺少的器材是

刻度尺、低压交流电源

．
（2）实验中用打点计时器打出的纸带如图，其中，A为打下的第1个点，C、D、E、F为距A较远的连续选取的四个点（其他点未标出）．用刻度尺量出C、D、E、F到A的距离分别为s₁=20.06cm，s₂=24.20cm，s₃=28.66cm，s₄=33.60cm．重锤的质量为m=1.00kg；打点周期为T=0.02s；实验地点的重力加速度为g=9.80m/s2．为了验证打下A点到打下D点过程中重锤的机械能守恒，应计算出：打下D点时重锤的速度v=

s3-s1

2T

（用题予字符表达）=

2.15

m/s，重锤重力势能的减少量△Ep=

mgs₂

（用题予字符表达）=

2.37

J，重锤动能的增加量△E_p=

m(s3-s1)2

8T2

（用题予字符表达）=

2.31

J．（小数点后保留2位有效数字）

Answer 1

分析：（1）明确了实验原理，确定实验需要测量的物理量，则可进一步知道实验所需要的器材．
（2）根据重力势能变化量△E_P=mgh，确定高度h求解．由匀变速直线运动的推论求出D点速度，再求动能的增加量为△E_k．

解答：解：（1）该实验中，要有做自由落体运动的物体重锤；通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，
打点计时器需要的是低压交流电源，因此低压直流电源不需要，缺少低压交流电源，
由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，同时实验中缺少刻度尺．
即不必要的器材有：天平、秒表、低压直流电源，
缺少的器材是：刻度尺、低压交流电源
（2）由匀变速直线运动的推论得
v_D=

s3-s1

2T

=

0.2866-0.2006

2×0.02

=2.15m/s
从起点O到打下点D的过程中，重力势能的减少量△E_P=mgh=mgs₂=2.37J
重锤动能的增加量△E_k=

1

2

m

v

2 D

-0=

m(s3-s1)2

8T2

=2.31J
故答案为：（1）天平、秒表、低压直流电源；    刻度尺、低压交流电源
（2）

s3-s1

2T

，2.15，mgs₂，2.37，

m(s3-s1)2

8T2

； 2.31

点评：正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据、误差分析等，会起到事半功倍的效果．