Question

右图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、导线、开关．回答下列问题：
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有

BC

．（填入正确选项前的字母）
A．秒表                    B．刻度尺
C．0～6V的交流电源        D．0～6V的直流电源
（2）实验中误差产生的原因有

纸带与打点计时器之间有摩擦阻力

、

刻度尺测量下落高度时有误差

．（写出两个原因）
（3）若已知打点计时器的电源频率为50Hz、当地的重力加速度为g=9.80m/s²，重物质量为m kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，其中O为第一个点，A、B、C为另外3个连续点，由图中数据，可知重物由0点运动到B点重力势能减少量△E_P=

7.62m

J，动能增量△E_K=

7.59m

J，得出的结论是

在误差允许的范围内，物体的机械能守恒

．（计算结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析：（1）解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
（2）只要涉及到数据的测量就有一定有偶然误差产生，同时该实验中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此会有误差产生；
（3）纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答：解：（1）通过打点计时器计算时间，故不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故AD错误，BC正确．
故选BC．
（2）只要涉及到数据的测量就有一定有偶然误差产生，同时该实验中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此会有误差产生，故产生误差的原因可能有：纸带与打点计时器之间有摩擦阻力，刻度尺测量下落高度时有误差．
故答案为：纸带与打点计时器之间有摩擦阻力，刻度尺测量下落高度时有误差．
（3）重力势能的减小量等于重力所做功，故可知重物由0点运动到B点重力势能减少量△E_P=mgh=0.776×9.80m=7.62mJ；
根据匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度有：
vB=

xAC

2T

=

(0.8576-0.7018)m

2×0.02s

=3.895m/s
动能增量为：
△Ek=

1

2

m

v

2 B

=7.59mJ
由计算可知，动能的增量和重力势能的减小量基本相等，故在误差允许的范围内，物体的机械能守恒．
故答案为：7.62m；7.59m；在误差允许的范围内，物体的机械能守恒．

点评：明确实验原理，运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题；要注意单位的换算和有效数字的保留．