Question

“验证机械能守恒定律”的实验装置如图1所示采用重物自由下落的方法：
（1）实验中，下面哪些测量工具是必需的

 

A．天平  B．直流电源  C．刻度尺   D．秒表
（2）已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s²，所用重物的质量为200g．实验中选取一条符合实验要求的纸带如图2所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点．
计算B点瞬时速度时，甲同学用

v

2 B

=2gSOB，乙同学用vB=

SAC

2T

，其中所选方法正确的是

 

（选填“甲”或“乙”）同学；根据以上数据，可知重物由O运动到B点时动能的增加量等于

 

J，重力势能减少量等于

 

J（计算结果均保留3位有效数字）
（3）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）首先明确实验原理和数据处理方法，确定实验需要测量的物理量，则可进一步知道实验所需要的器材．
（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，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量．
（3）由于要克服空气阻力和摩擦阻力做功，所以重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能．

解答：解：（1）在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要秒表，
打点计时器需要连接的是交流电源，因此不需要直流电源，
由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平，
同时实验中需要测量纸带上两点间的距离，所以需要刻度尺．
故选：C．
（2）计算B点瞬时速度时，若按甲同学的方法用

v

2 B

=2gSOB，即认为纸带下落的加速度为g，则不需要计算速度v_B的值也会有：

1

2

mv_B²=mgs_OB，故甲的数据处理方法错误，应该选用乙同学的：某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．
v_B=

sAC

2T

=

(23.23-15.55)×10-2

2×0.02

=1.92m/s
则重物由O运动到B点时动能的增加量

1

2

mv_B²=0.369J
重力势能的减小量mgh=mgs_OB=0.376J
（3）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是要克服空气对重锤和打点计时器对纸带的阻力做功．
故答案为：（1）C；  
（2）乙； 0.369J；  0.376J．  
（3）克服空气对重锤和打点计时器对纸带的阻力做功．

点评：纸带问题的处理是力学实验中常见的问题．在纸带法实验中，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，计算过程中要注意单位的换算．