Question

9．小华在实验室中用打点计时器验证机械能守恒定律，其实验装置如图1所示：
（1）为了完成实验，下列器材中必备的是AB
A．交流电源         B．刻度尺   C．秒表           D．天平
（2）选择好器材后，小华同学通过正确的操作得到了一条实验纸带，如图2所示，图中O点是打出的第1个点，计数点A、B、C、D之间分别还有一个点．各计数点与O点之间的距离已测出．已知打点计时器的打点周期为T=0.02s，则打点计时器打下C点时重锤的速度v_C=3.1m/s．（计算结果保留2位有效数字）

（3）小华通过纸带得到OC的距离h及C点的速度v_C，当两者间的关系式满足$\frac{1}{2}$v_C²=gh时，说明下落过程中重锤的机械能守恒（已知重力加速度为g）．
（4）实验中误差产生的原因可能是：纸带与打点计时器之间存在摩擦．

Answer 1

分析 根据实验需要测量的物理量确定所需的器材．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，可以得出C点的瞬时速度大小，根据功能关系可得出正确表达式，因存在摩擦阻力，导致减小的重力势能不能完全转化为动能．

解答 解：（1）在验证机械能守恒定律的实验中，需验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，因为动能和重力势能都含有质量，所以物体的质量可以不测，不需要天平，打点计时器可以测量时间，不需要秒表，在实验中需要测量速度和下落的距离，所以需要刻度尺；
故选：AB．
（2）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，得出C点的瞬时速度大小分别为：
v_C=$\frac{0.6300-0.3815}{2×0.04}$=3.1m/s
（3）要验证物体从开始到C的过程中机械能是否守恒，则需满足$\frac{1}{2}$mv_C²=mgh，
即$\frac{1}{2}$v_C²=gh，说明下落过程中重锤的机械能守恒．
（4）由于实验过程中纸带与打点计时器之间摩擦阻力的存在，重力势能有一部分转化给了摩擦阻力做功产生的内能，所以重锤减少的势能总是略大于重锤动能的增加，
故答案为：（1）AB；（2）3.1；（3）$\frac{1}{2}$v_C²=gh；（4）纸带与打点计时器之间存在摩擦．

点评 正确利用所学物理规律解决实验问题，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，注意数据的单位转换，及产生误差分析的根源．