Question

17．某实验小组利用如图1所示的实验装置要验证机械能守恒定律．
（1）该实验小组某次实验开始时的情形如图所示，老师发现他们这次的实验中存在两处明显错误或不当的地方，这两处分别是
①打点计时器接直流电源；②重物释放时未靠近打点计时器．
（2）该实验小组经修改错误并正确操作，得到一条理想的纸带，纸带上O点为重锤自由下落时的打点起点．实验小组每间隔一个点选取一个计数点，并测得计数点A、B、C、D到O点的距离如图2所示，已知所挂重锤的质量为0.1kg，纸带上相邻两点的时间间隔为0.02s，当地的重力加速度为9.8m/s²，则：
根据纸带，打点计时器打下B点时，重锤的动能E_kB=0.188J，从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤的重力势能减少量为0.191J．由此可以得到的实验结论是：在误差允许的范围内，机械能守恒．（计算结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理和操作中的注意事项确定操作中错误之处和不当之处．
（2）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的瞬时速度，从而得出B点动能，根据下降的高度得出重力势能的减小量．

解答 解：（1）①打点计时器应接交流电源，不能接直流电源．
②重物释放时应靠近打点计时器．
（2）B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{4T}=\frac{0.2895-0.1340}{0.08}m/s$≈1.94m/s，则B点的动能${E}_{kB}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}$=$\frac{1}{2}×0.1×1.9{4}^{2}≈$0.188J，重力势能的减小量△E_p=mgh=0.1×9.8×0.1950J≈0.191J，可知在误差允许的范围内，机械能守恒．
故答案为：（1）打点计时器接直流电源，重物释放时未靠近打点计时器，（2）0.188J，0.191J，在误差允许的范围内，机械能守恒．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，抓住重力势能的减小量和动能的增加量是否相等进行验证，掌握纸带的处理方法，会根据纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．