Question

利用物體自由落體運動，做《驗證機械能守恒定律》的實驗：
（1）已備好的器材有：打點計時器，固定計時器用的夾子、鐵架臺、紙帶，另外還有下列器材可供選擇：低壓直流電源、導線、復寫紙片、天平、秒表等，其中不必要的器材是

 

，還缺少的器材是

 

．
（2）若應用公式v=gt計算即時速度進行驗證，打點計時器所接交流電的頻率為50赫茲，甲、乙兩條實驗紙帶，如圖所示，應選

 

紙帶好．
（3）若通過測量紙帶上某兩點間距離來計算即時速度，進行驗證，設已測得點2到4間距離為s₁，點0到3間距離為s₂，打點周期為T，為驗證重物開始下落到打點計時器打下點3這段時間內機械能守恒、實驗后，s₁、s₂和T應滿足的關系為T=

 

．

Answer 1

分析：1、通過實驗的原理出發，確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材，以及不必要的器材．
2、根據自由落體運動規律得出打出的第一個點和相鄰的點間的距離進行選擇；
3、紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度．從而求出動能．根據功能關系列出等式求解．

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：低壓直流電源、天平、秒表．
缺少的器材是帶鐵夾的重錘、低壓交流電源、刻度尺．
（2）打點計時器的打點頻率為50 Hz，打點周期為0.02 s，重物開始下落后，在第一個打點周期內重物下落的高度：
h=

1

2

gt²=

1

2

gT²=

1

2

×9.8×0.02² m≈2 mm
所以所選的紙帶最初兩點間的距離接近2 mm，故選甲圖
（3）利用勻變速直線運動的推論
打點3時的速度v=

s1

2T

，
重物下落的高度h=s₂，當機械能守恒時，應有：

1

2

(

s1

2T

)2=mgs₂，
由此得：T=

s 2 1  8gs2

．
故答案為：（1）低壓直流電源、天平、秒表；帶鐵夾的重錘、低壓交流電源、刻度尺
（2）甲，（3）

s 2 1  8gs2

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、所測數據等，會起到事半功倍的效果．
帶問題的處理時力學實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論求解．