Question

【题目】某同学利用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律．

（1）该同学开始实验时情形如图甲所示，接通电源释放纸带．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___________________；

②___________________．

（2）该同学经修改错误并正确操作，让质量为1 kg的重锤下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为频率是50 Hz的交变电源，纸带打点如图乙所示．

纸带上O点为重锤自由下落时的打点起点（O、A间有点未画出），选取的计数点A、B、C、D依次间隔一个点（图中未画出），各计数点与O点距离如图乙所示，单位为mm，重力加速度为9．8 m/s2，则：（结果保留三位有效数字）

根据纸带，打点计时器打下B点时，重锤速度vB＝________，重锤动能EkB＝________，从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤势能减少量为________．由此可以得到的实验结论是：________________．

Answer 1

【答案】（1）①打点计时器接了直流电

②重锤离打点计时器太远

（2）1．18 m/s 0．690 J 0．692 J

在实验误差允许的范围内重锤下落过程机械能守恒

【解析】（1）本实验使用的是打点计时器，根据打点计时器的工作原理，必须使用交流电源，而该同学采用的是直流电源；纸带总长约1米左右，且尽可能在纸带上多打一些点，所以应让重物紧靠打点计时器，而该同学将重物放的位置离打点计时器太远，故该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方是：①打点计时器接了直流电；②重物离打点计时器太远．

（2）打点计时器所接电源为频率是50 Hz的交变电源，选取的计数点A、B、C、D依次间隔一个点，所以相邻的计数点的时间间隔是T＝0．04 s．根据匀变速直线运动的规律：某段时间内的平均速度大小等于这段时间中间时刻的瞬时速度大小，则有：

vB＝＝m/s＝1．175 m/s≈1．18 m/s

根据动能的定义得：Ek＝＝×1×（1．175）2 J＝0．690 J，从开始下落算起，打点计时器记录B点时，重锤势能减少量为ΔEp＝mgxOB＝1×9．8×70．6×10－3 J＝0．692 J

从前面的计算可以看出重锤动能增加量近似等于重锤势能减少量，即在误差允许的范围内重锤下落过程机械能守恒．