Question

在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=200g 的重锤拖着纸带由静止开始下落，在下落过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点．在纸带上选取三个相邻计数点A、B和C，相邻计数点时间间隔为0.100s，O为重锤开始下落时记录的点，各计数点到O点的距离如图所示，长度单位是cm，当地重力加速度g为9.80m/s²．

（1）打点计时器打下计数点B时，重锤下落的速度v_B=

2.91

m/s（保留三位有效数字）；
（2）从打下计数点O到打下计数点B的过程中，重锤重力势能减小量△E_p=

0.856

J，重锤动能增加量△E_K=

0.847

J（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均正确的前提下，该实验求得的△E_p通常略大于△E_k，这是由于实验存在系统误差，该系统误差产生的主要原因是：

重锤下落时系统受到阻力的影响，重锤机械能减小．（说出空气阻力及其他原因，只要合理就得分）

．

Answer 1

分析：实验原理是：比较减少的重力势能和增加的动能之间的关系，减少的定能：mgh，增加的动能：

1

2

mv2，其中v可在纸带上求出，正常情况下：减少的重力势能要大于增加的动能，原因是：在重锤下落过程中系统受到阻力的影响，重锤机械能减小．

解答：解：（1）B点时AC两点的中间时刻：vB=

xAC

2T

=

0.5815

0.200

=2.91m/s
（2）重锤重力势能减小量：△E_p=mgh=0.2×10×0.4368=0.856J
重锤动能增加量△E_K=

1

2

mv2=

1

2

×0.2×2.912=0.847J
（3）减少的重力势能要大于增加的动能，原因是：在重锤下落过程中系统受到阻力的影响，重锤机械能减小．（阻力主要是：纸带与打点计时器之间的摩擦以及空气阻力）
故答案为：（1）2.91
（2）0.856；0.847
（3）在重锤下落过程中系统受到阻力的影响，重锤机械能减小．

点评：纸带的处理在高中实验中用到多次，需要牢固的掌握．实验原理是比较减少的重力势能和增加的动能之间的关系，围绕实验原理记忆实验过程和出现误差的原因．