Question

16．如图1为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、导线、开关．回答下列问题：

（1）为完成实验，除了所给的器材，还需要的器材有BC．（填入正确选项前的字母）
A．秒表   B．刻度尺   C.0-6v交流电源    D.0-6v的直流电源
（2）实验中误差产有纸带与打点计时器之间有摩擦阻力、刻度尺测量下落高度时有误差．（写出两个原因）
（3）若已知打点计时器的电源频率为50Hz、当地重力加速度为g=9.8m/s²，重物质量为100g，试验中得到一条点迹清晰的纸带如图2所示，其中O为第一个点，A、B、C为另外三个连续点，由图中数据，可知重物由O点到B点重力势能减少量△E_P=0.762J，动能增量△E_K=0.759J，得出的结论是在误差允许的范围内，物体的机械能守恒．（计算结果保留三位有效数字）

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．
（2）只要涉及到数据的测量就有一定有偶然误差产生，同时该实验中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此会有误差产生；
（3）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．

解答 解：（1）通过打点计时器计算时间，故不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故AD错误，BC正确．
故选BC．
（2）只要涉及到数据的测量就有一定有偶然误差产生，同时该实验中由于不可避免的存在摩擦阻力，因此会有误差产生，故产生误差的原因可能有：纸带与打点计时器之间有摩擦阻力，刻度尺测量下落高度时有误差．
故答案为：纸带与打点计时器之间有摩擦阻力，刻度尺测量下落高度时有误差．
（3）重力势能的减小量等于重力所做功，故可知重物由0点运动到B点重力势能减少量△E_P=mgh=0.1×0.776×9.8=0.762J；
根据匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.8576-0.7018}{2×0.02}$=3.895m/s
动能增量为：
△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}$×0.1×3.895²=0.759J
由计算可知，动能的增量和重力势能的减小量基本相等，故在误差允许的范围内，物体的机械能守恒．
故答案为：（1）BC；（2）纸带与打点计时器之间有摩擦阻力，刻度尺测量下落高度时有误差；（3）0.762，0.759，在误差允许的范围内，物体的机械能守恒．

点评 明确实验原理，运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题；要注意单位的换算和有效数字的保留．