Question

用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，
重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行的或者操作不当的是

BCD

．
（2）在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图2所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s²．求：
①打点计时器打下记数点B时，物体的速度V_B=

3.89m/s

 （保留三位有效数字）；
②从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量△E_P=

7.62J

，动能的增加量△E_K=

7.57J

（保留三位有效数字）；
③根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度a=

9.75m/s²

．（保留三位有效数字）
（3）即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的△E_P 也一定略大于△E_K，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因．

重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失

．

Answer 1

分析：（1）打点计时器的使用规则；验证机械能守恒时的原理
（2）①中间时刻的瞬时速度等于平均速度②物体重力势能的减小量mgh，

1

2

mv²③△h=h_BC-h_AB=at^2
（3）实验存在系统误差，原因是重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失

解答：解：（1）A．按照图示的装置安装器件，A正确
B、打电计时器应使用交流电源，故B错误
C、本实验中，等式两端都含有物体的质量这一物理量，可直接约掉，故无需测定，故C无必要
D、应先接通电源，后释放铁夹，故D错误
E、试验中，选择一些清晰的点，测量纸带上某些点间的距离即可，故E正确
F、根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能，故F正确
故选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由匀变速运动规律得：hBC-hAB=at2
故a=

hBC-hAB

t2

=

85.73-70.18

0.022

×10-2m/s2=9.75m/s²
（3）该系统误差产生的主要原因是重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失
答：（1）BCD　　　　　（2）①3.89m/s     ②7.62J    7.57J　　　　③9.75 m/s²
（3）原因是重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失

点评：验证机械能守恒时不一定要用到初始点，截取其中一段即可，如用到初始点，则最初两点间距离应该约为2mm；本实验不需测定重物质量；本实验由于系统误差存在，机械能减少量必定大于动能增加量