Question

11．某同学利用重物自由下落来验证机械能守恒定律，该同学组装好的实验装置如图所示．
（1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方．
①打点计时器不能接直流电
②重物离打点计时器太远
（2）该同学更正上述问题后进行实验，得到了几条点迹清晰的纸带．利用纸带验证机械能守恒时，有以下两种方案：
方案一，利用起始点和第n点计算；
方案二，任取两点计算；
其中对选取纸带的第1、2两点间距离要求小于或接近2mm的是方案一（选填“一”或“二”）．
（3）该同学选择了方案一并结合图象法进行数据分析．他从纸带上选取多个点，测量从起始点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v²，根据实验数据作出$\frac{1}{2}$v²-h图象，其中图线的斜率表示重力加速度g．

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．打点计时器应使用交流电源，重物释放时应紧靠打点计时器．
（2）根据自由落体运动规律进行判断；
（3）根据机械能守恒的规律进行判断．

解答 解：（1）本实验要求采用打电计时器，打点计时器采用的是交流电源，而本实验中采用了直流电源；
同时，由于加速度较大，故纸带应在1米左右，且应让重物紧靠打点计时器，而本实验中离打点计时器太远，故错误为：
①打点计时器接了直流电源；②重物离打点计时器太远；
（2）根据自由落体运动规律应有h=$\frac{1}{2}×9.8×$（0.02）²=0.002m=2mm，
选用点迹清晰，第1、2点间距离接近2mm的纸带，也就以利用起始点和第n点计算，
所以方案是一．
（3）重物由静止开始下落距离h获得速度v，根据动能定理得
mgh=$\frac{1}{2}$mv²
即$\frac{1}{2}$v²=gh
所以$\frac{1}{2}$v²-h图线的斜率是重力加速度g．
故答案为：（1）打点计时器接了直流电；重物离打点计时器太远；
（2）一；
（3）重力加速度g

点评 要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．