Question

用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，
重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量，即驗證機械能守恒定律．
（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
其中沒有必要進行的或者操作不當的是

BCD

．
（2）在驗證機械能守恒定律的實驗中，質量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點，如圖2所示，相鄰記數點時間間隔為0.02s，長度單位是cm，g取9.8m/s²．求：
①打點計時器打下記數點B時，物體的速度V_B=

3.89m/s

 （保留三位有效數字）；
②從點O到打下記數點B的過程中，物體重力勢能的減小量△E_P=

7.62J

，動能的增加量△E_K=

7.57J

（保留三位有效數字）；
③根據題中提供的條件，可求出重錘實際下落的加速度a=

9.75m/s²

．（保留三位有效數字）
（3）即使在實驗操作規(guī)范，數據測量及數據處理很準確的前提下，該實驗測得的△E_P 也一定略大于△E_K，這是實驗存在系統誤差的必然結果，試分析該系統誤差產生的主要原因．

重錘和紙帶都受到阻力的作用，因此機械能有損失

．

Answer 1

分析：（1）打點計時器的使用規(guī)則；驗證機械能守恒時的原理
（2）①中間時刻的瞬時速度等于平均速度②物體重力勢能的減小量mgh，

1

2

mv²③△h=h_BC-h_AB=at^2
（3）實驗存在系統誤差，原因是重錘和紙帶都受到阻力的作用，因此機械能有損失

解答：解：（1）A．按照圖示的裝置安裝器件，A正確
B、打電計時器應使用交流電源，故B錯誤
C、本實驗中，等式兩端都含有物體的質量這一物理量，可直接約掉，故無需測定，故C無必要
D、應先接通電源，后釋放鐵夾，故D錯誤
E、試驗中，選擇一些清晰的點，測量紙帶上某些點間的距離即可，故E正確
F、根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能，故F正確
故選BCD
（2）①vB=

xAC

tAC

=

85.73-70.18

2×0.02

×10-2m/s=3.89m/s
②△EP=mg△h=1×9.8×77.76×10-2J=7.62J
△Ek=

1

2

mv

2 B

=

1

2

×1×3.892J=7.57J
③由勻變速運動規(guī)律得：hBC-hAB=at2
故a=

hBC-hAB

t2

=

85.73-70.18

0.022

×10-2m/s2=9.75m/s²
（3）該系統誤差產生的主要原因是重錘和紙帶都受到阻力的作用，因此機械能有損失
答：（1）BCD　　　　�。�2）①3.89m/s     ②7.62J    7.57J　　　�、�9.75 m/s²
（3）原因是重錘和紙帶都受到阻力的作用，因此機械能有損失

點評：驗證機械能守恒時不一定要用到初始點，截取其中一段即可，如用到初始點，則最初兩點間距離應該約為2mm；本實驗不需測定重物質量；本實驗由于系統誤差存在，機械能減少量必定大于動能增加量