Question

用如图所示的实验装置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、用天平称出重锤和夹子的质量；
B、将电火花计时器接到直流电源上；
C、释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
D、测量纸带上某些点间的距离；
E、根据测量结果计算重锤下落过程减少的重力势能是否等于增加的动能．
以上步骤中，不必要的步骤是

A

；有错误的步骤是

BC

（填写代表字母）；更正情况是：

电火花计时器应该接到交流电源上

；

先接通电源再释放悬挂纸带的夹子

．
（2）从 实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带，如图所示，选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点的距离为x₀=12.42cm，点AC间的距离为x₁=7.18cm，点CE间的距离为x₂=8.33cm，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g=9.80m/s²，电源的频率为f=50Hz，则：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=

1.92m

J，重锤动能的增加量为△E_k=

1.88m

J．（保留3位有效数字）．
（3）根据（2）中提供的条件，还可利用重锤下落测出当地的重力加速度g_测=

(x2-x1)f2

4

（填写表达式）=

7.19

m/s² （保留3位有效数字）．经过计算可知，测量值比当地重力加速度的真实值要小，其主要原因是：

由于纸带与限位孔之间摩擦力作用、重物受到空气阻力等影响

．

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，只有理解了这些才能真正了解具体实验操作的含义．
（2）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．
（3）由△x=aT²求解加速度．实验中存在各种阻力，使实验产生误差．

解答：解：（1）以上步骤中，不必要的步骤是：A、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，
有错误的步骤的是：B、将电火花计时器接到直流电源上，应该接到交流电源上，
C、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，
（2）重力势能的减小量等于重力所做功的大小，
因此有：△E_p=W=mgx=mg（X₀+X₁）=1.92m；
根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小，因此有：
v_c=

xBD

tBD

=1.94m/s
动能的增量为：△Ek=

1

2

m

v

2 C

-0=1.88m
（3）由X₂-X₁=aT²，得
          g=

(x2-x1)f2

4

=7.19m/s²．
      由于纸带与限位孔之间摩擦力作用、重物受到空气阻力等影响，g测量值比当地重力加速度的真实值要小．
故答案为：（1）A，BC，电火花计时器应该接到交流电源上，先接通电源再释放悬挂纸带的夹子．
（2）1.92m，1.88m，
（3）

(x2-x1)f2

4

，7.19，由于纸带与限位孔之间摩擦力作用、重物受到空气阻力等影响．

点评：只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，这点要在平时训练中加强练习．