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步骤是

BCD

．（将其选项对应的字母填在横线处）    
（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s₀，点AC间的距离为s₁，点CE间的距离为s₂，打点记时器的打点周期为T，根据这些条件计算①起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为△E_P=

mg（s₀+s₁）

，重锤动能的增加量为△E_K=

1

2

m(

s1+s2

4T

)2

；②由于误差的存在，△E_P

大于

△E_K （该空填“大于”“小于”或者“等于”）

Answer 1

分析：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．
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．
知道实验的误差原因和误差带来的能量转化问题．

解答：解：（1）B、应将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误．
C、因为我们是比较mgh、

1

2

mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要．
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故D错误．
故选BCD．
（2）重力势能减小量△E_p=mgh=mg（s₀+s₁）
利用匀变速直线运动的推论
v_C=

xAE

tAE

=

s1+s2

4T

E_kC=

1

2

mv_C²=

1

2

m(

s1+ s2

4T

)2
重锤动能的增加量为△E_K=E_kC-0=

1

2

m(

s1+s2

4T

)2
由于纸带通过时受到阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．
所以△E_P大于△E_K 
故答案为：（1）BCD
（2）mg（s₀+s₁），

1

2

m(

s1+s2

4T

)2，大于．

点评：纸带问题的处理是力学实验中常见的问题，在有纸带处理实验中，若纸带做匀变速直线运动，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和加速度．
要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．