Question

8．如图1所示是用重锤做自由落体运动来“验证机械能守恒定律”的实验装置．
（1）为了减小实验误差，下列措施可行的是BC（填写代号）
A．重锤选用体积较大且质量较小的
B．重锤选用体积较小且质量较大的
C．打点计时器应固定在竖直平面内
D．应先放手让重锤拖着纸带运动，再通电让打点计时器工作
（2）某同学选取了一条纸带进行测量研究，他舍去了这条纸带上前面比较密集的点，对后面间距较大的且相邻的六个点进行了如图2所示的测量，已知当地的重力加速度为g，使用的交变电源周期为T，则要验证机械能守恒的表达式为8gT²x₂=x₃²-x₁²（用x₁、x₂、x₃、T、g表示）；
（3）某同学实验计算结果时发现重物重力势能的减少量△E_p略大于动能的增加量△E_k，本实验中引起误差的主要原因是重锤下落过程中存在着阻力作用．．

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，清楚该实验的误差来源．
（2）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，求得打计数点2、5时重物的速度，再求动能的增加量为△E_k，根据重力势能变化量△E_P=mgh．
（3）明确实验原理，从而确定实验中误差的来源．

解答 解：（1）A、如果体积较大而质量较小，空气阻力较大，实验误差大，故A错误；
B、实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，故B正确．
C、当打点计时器固定在竖直平面内时，纸带才能被重物带着竖直下落，减小摩擦，故C正确；
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故D错误．
故选BC．
（2）选择2、5两点进行验证，根据根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，有：
v₂=$\frac{{x}_{1}}{2T}$
v₅=$\frac{{x}_{3}}{2T}$
动能的增加量为：△E_k=$\frac{1}{2}$mv₅²-$\frac{1}{2}$mv₂²
从计数点1至计数点5两点间重力势能的减少量为：△E_P=mgh=mgx₂．
需要验证的表达式为：△E_k=△E_p，即：8gT²x₂=x₃²-x₁²．
（3）由于纸带通过限位孔时不可避免的受到阻力作用，以及重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量大于动能的增加量．
故答案为：（1）BC；（2）8gT²x₂=x₃²-x₁²；（3）重锤下落过程中存在着阻力作用．

点评 本题考查验证机械能守恒定律的实验，解答实验问题的关键是明确实验原理，熟练应用物理基本规律，因此这点在平时训练中要重点加强．同时要注意掌握机械能守恒定律的基本内容，并明确实验误差的原因．