题目内容
19．利用自由落体来验证机械能守恒定律的实验中，某同学用如图3所示的实验装置进行操作：（1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误：
①重锤应靠近打点计时器，
②打点计时器应接交流电源．
（2）若按照正确的操作选得纸带如图4．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中．（已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，重锤质量为m=1kg，计算结果均保留3位有效数字）
①图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是OC段的读数，应记作15.70cm；
②该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，则求得该过程中重锤的动能增加量△Ek=1.20J，重力势能的减少量△Ep=1.22J．这样验证的系统误差总是使△Ek＜△Ep（选填“＞”“＜”或“=”），产生误差的主要原因是存在空气阻力和摩擦阻力．
分析 （1）根据实验的原理以及注意事项确定实验中错误的操作之处．
（2）根据有效数字的保留确定不符合的是哪一段读数．
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．
解答 解：（1）实验中操作的错误之处：①重锤应靠近打点计时器，②打点计时器应接交流电源．
（2）①图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是OC段读数，应记作15.70cm．
②9.51cm=0.0951m，15.70cm=0.1570m，
B点的瞬时速度为：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.1570-0.0951}{0.04}$m/s=1.55m/s，
则动能的增加量为：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.5{5}^{2}$≈1.20J，
重力势能的减小量为：△Ep=mgh=1×9.8×0.1242J≈1.22J．
可知△Ek＜△Ep，产生误差的主要原因是存在空气阻力和摩擦阻力．
故答案为：（1）①重锤应靠近打点计时器，②打点计时器应接交流电源；（2）①OC，15.70，②1.20，1.22，＜，存在空气阻力和摩擦阻力．
点评 解决本题的关键知道实验的原理和注意事项，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．
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