Question

18．在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：
（1）下面叙述不正确的是ACD
A、应该用天平称出物体的质量．
B、应该选用点迹清晰第一、二两点间的距离接近2mm的纸带．
C、操作时应先放纸带再通电．
D、电磁打点计时器应接在电压为220V的直流电源上．
（2）如图是实验中得到的一条纸带．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，测得所用重物的质量为1.00kg，纸带上第0、1两点间距离接近2mm，A、B、C、D是连续打出的四个点，它们到0点的距离如图所示．则由图中数据可知，打点计时器打下计数点C时，物体的速度V_C=3.90m/s；重物由0点运动到C点的过程中，重力势能的减少量等于7.62J，动能的增加量等于7.61J（取三位有效数字）．

（3）实验结果发现动能增量不等于重力势能的减少量；造成这种现象的主要原因是C
A．选用的重锤质量过大
B．数据处理时出现计算错误
C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理和操作中的注意事项确定正确的操作步骤．
（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C点的速度，从而求出动能的增加量．根据下降的高度求出重力势能的减小量．
（3）实验中由于阻力的存在，重力势能的减小量要略大于动能的增加量．

解答 解：（1）A、验证机械能守恒定律，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，两端都有质量，可以约去，所以不需要测量质量，故A错误．
B、根据x=$\frac{1}{2}g{t}^{2}=\frac{1}{2}×10×0.0{2}^{2}m=2mm$知，应该选用点迹清晰第一、二两点间的距离接近2mm的纸带误差较小，故B正确．
C、实验时应先接通电源，再释放纸带，故C错误．
D、电磁打点计时器应接在电压为4-6V的交流电源上，故D错误．
本题选不正确的，故选：ACD．
（2）C点的瞬时速度${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.8578-0.7018}{0.04}m/s$=3.90m/s，重物由0点运动到C点的过程中，重力势能的减少量等于△E_p=mgh=1×9.8×0.7776J≈7.62J，动能的增加量等于$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×1×3.9{0}^{2}$≈7.61J．
（3）实验结果发现动能增量不等于重力势能的减少量；造成这种现象的主要原因是空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力．故选：C．
故答案为：（1）ACD；（2）3.90，7.62，7.61；（3）C．

点评 正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据、误差分析等，会起到事半功倍的效果；并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．