Question

如图为某同学“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有

AD

．
（填入正确选项前的字母）
A．米尺
B．秒表
C．0～12V的直流电源
D．0～12V的交流电源
（2）该同学在实验中打出的一条纸带如图所示，其中A、B、C和D、E、F分别是在纸带上不同位置连续选取的3个打印点（其他点未标出）．用刻度尺量出AC、BE、DF的距离分别为x₁=3.84cm，x₂=40.01cm，x₃=11.80cm，重锤的质量m=0.5kg，电源的频率f=50Hz，重力加速度g取9.80m/s²．根据以上数据可知，重锤由B点运动到E点的过程中，重力势能减少了

1.96

J，动能增加了

1.95

J．（保留三位有效数字）

（3）根据第（2）问的结果，可以得到的结论是：

在误差允许的范围内，重锤下落过程中减少的重力势能等于它增加的动能，或重锤在下落过程中的机械能守恒．

（4）实验中误差产生的原因有

纸带与打点计时器之间有摩擦

．（至少写出一个原因）

Answer 1

分析：根据实验的原理确定需要的器材．根据下降的高度求出重力势能的减小量，通过某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B、E两点的瞬时速度，从而求出动能的增加量，通过得出的数据分析实验的结论和误差的来源．

解答：解：（1）打点计时器需接0～12V的交流电源，测量瞬时速度以及下降的距离需要米尺．打点计时器可以测量时间，不需要秒表．故选AD．
（2）重力势能的减小量△E_p=mgx₂=0.5×9.8×0.4001J=1.96J．
B点的瞬时速度vB=

x1

2T

=

0.0384

0.04

m/s=0.96m/s，vE=

x3

2T

=

0.1180

0.04

m/s=2.95m/s，则动能的增加量△EK=

1

2

m(vE2-vB2)=

1

2

×0.5×(2.952-0.962)≈1.95J．
（3）结论是在误差允许的范围内，重锤下落过程中减少的重力势能等于它增加的动能．
（4）实验产生误差的原因是纸带与打点计时器之间有摩擦．
故答案为：（1）AD         （2）1.96，1.95     
（3）在误差允许的范围内，重锤下落过程中减少的重力势能等于它增加的动能，或重锤在下落过程中的机械能守恒．               
（4）纸带与打点计时器之间有摩擦，重锤下落过程中受到空气阻力等．

点评：解决本题的关键掌握实验的原理，知道误差形成的原因．