Question

【题目】用如图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落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可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端上；

C．用天平测量出重锤的质量；

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．测量打出的纸带上某些点之间的距离；

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。

指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤_______（填选项对应的字母）。

（2）实验中得到一条纸带，如图所示。根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为S0，点A、C间的距离为S1，点C、E间的距离为S2，使用交流电的频率为f，设重锤质量为m，则打点计时器打C点时重锤的动能为___________，打点计时器在打O点和C点的这段时间内重锤的重力势能的减少量为________。利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a＝_____________。

（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是______（填“大于”或“小于”）重锤动能的增加，其原因主要是因为_____________。

Answer 1

【答案】BCD mg（S0+S1） 大于 重锤在下落过程中，会受到空气阻力作用，纸带与打点计时器间也会有摩擦阻力作用，阻力做负功。

【解析】

(1)[1]打点计时器的工作电压均为交流电压，故B不恰当；本实验是通过比较动能增加量与重力势能的减少量是否相等，来验证机械能是否守恒，所以只要不要求计算两者的具体数值，可以不测量质量，故C没有必要；应该是先接通电源，后释放纸带，故D不恰当；故填BCD。

(2)[2][3] 据平均速度等于中间时刻的速度求出打C点时重锤的速度为

重锤动能为

重锤重力势能的减少量为：

△Ep=mghOC=mg（S0+S1）

[4] 根据△x=aT2可得加速度为

(3)[5][6] 由于重锤在下落过程中，会受到空气阻力作用，纸带与打点计时器间也会有摩擦阻力作用，所以重锤的重力势能的减少量总是大于动能的增加量。