Question

用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕
迹进行测量，即可验证机械能守恒定待律．
①下面列举出了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等
于增加的动能．
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤（简要地说明理由）．

 

．
②利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．如图2所示，根据打出的纸带，选取带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距离起始点O的距离为s₀，A、C两点间的距离为s₁，C、E两点间的距离为s₂，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a表达式为：a=

 

．

Answer 1

分析：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．
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加速度．

解答：解：①没有必要进行的步骤是：
因为我们是比较mgh、

1

2

mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要．故选C．
操作不恰当的步骤是：
应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B错误．
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．
②利用匀变速直线运动的推论△x=at²
a=

△x

t2

=

s2-s1

4T2

=

(s2-s1)f2

4

．
故答案为：①步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带．
②

(s2-s1)f2

4

点评：纸带问题的处理是力学实验中常见的问题．我们可以纸带法实验中，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和加速度．