Question

（1）如图1，利用重锤的自由下落和电磁打点计时器验证机械能守恒定律，下面哪些实验仪器是必需的？

CE

（填写仪器前的字母代号）．
A．天平    
B．4～6V的低压直流电源
C．4～6V的低压交流电源   
D．停表    
E．刻度尺
（2）在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图2所示，纸带的

左

端（选填“左”或“右”）与重物相连；重物由“0”点运动到“4”点，重力势能减少量的表达式为

mgs₄

，动能增量的表达式为

E_k=

m(s5-s3)2

8T2

（重锤质量为m，打点计时器的打点周期为T），实验结果发现动能增量总

小于

（填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减少量，主要的原因是

存在空气阻力和纸带与打点计时器间的阻力等

．

Answer 1

分析：（1）根据实验原理以及数据处理方法选择需要的器材；
（2）物体做加速运动，根据所打点之间距离的变化可以判断那端与物体相连；纸带实验中，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，进一步求出物体的动能变化，根据下落高度计算重力势能的变化．

解答：解：（1）在该实验中，通过打点计时器来记录物体运动时间，不需要停表，由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉，因此不需要天平；电磁打点计时器应接在电压为4-6V交流电源，所以不需要低压直流电源．测量纸带上点与点之间的距离需要刻度尺．故必须的器材是：CE．
（2）物体做加速运动，纸带上的点从左到右间距越来越大，即纸带左边打点时速度比较小，应该是先打点，因此重物相连接的是图2中纸带的左端，
从打0点到打4点，纸带下落的高度为s₄，故重力势能的减少量的表达式是mgs₄．
4点的速度：v₄=

s5-s3

2T

，故动能增量的表达式为：E_k=

1

2

mv 42=

m(s5-s3)2

8T2

实验结果发现动能的增量总略小于重力势能的减少量，因为纸带与打点计时器之间有摩擦以及重物下落受到空气阻力的作用等原因．
故答案为：（1）CE（2）左；mgs₄；

m(s5-s3)2

8T2

；小于；存在空气阻力和纸带与打点计时器间的阻力等．

点评：本题考查了验证机械能守恒定律中的数据处理方法，注意物理基本规律尤其是匀变速直线运动规律在实验中的应用．
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．