Question

用如图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下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．
（1）下面列举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”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先释放纸带，再接通电源，打出一条纸带；
E．用秒表测出重锤下落的时间；
F．测量纸带上某些点间的距离；
G．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．
其中没有必要进行的步骤是

CE

（填选项）
其中操作错误的步骤是

BD

（填选项）
（2）在实验中，质量m=1kg的物体自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s．那么从打点计时器打下起点P到打下B点的过程中，物体重力势能的减少量△E_p=

2.28

J，此过程中物体动能的增加量△E_k=

2.26

J．（取g=9.8m/s²，结果保留三位有效数字）
（3）用v表示各计数点的速度，h表示各计数点到P点的距离，以

v2

2

为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 

v2

2

～h的图线，若图线的斜率等于某个物理量的数值时，说明重物下落过程中机械能守恒，该物理量是

当地重力加速度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，只有理解了这些才能真正了解具体实验操作的含义．
（2）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，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．
（3）要能够找出斜率和截距的物理意义，我们必须要从物理角度找出两个物理变量的关系表达式．

解答：解：（1）B、应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B操作错误；
C、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；
D、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锤下落，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操作错误；
E、因打点计时器能算出重锤下落的时间，所以不需要秒表测量，故E没有必要；
故选：CE，BD．
（2）利用匀变速直线运动的推论得：v_B=

xAC

2T

=

0.3250-0.1550

0.08

m/s=4.25m/s；
从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是：△E_p=mgh=1×9.8×0.2325=2.28J．
此过程中物体动能的增加量是：△E_k=

1

2

mv_B²=

1

2

×1×（4.25）2=2.26J
（3）利用

1

2

v²-h图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh=

1

2

mv²，即

1

2

v²=gh
所以以

1

2

v²为纵轴，以h为横轴画出的图线应是过原点的倾斜直线．
那么

1

2

v²-h图线的斜率就等于当地重力加速度g．
故答案为：（1）CE，BD；
（2）2.28；2.26；
（3）当地重力加速度g．

点评：只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，这点要在平时训练中加强练习．
运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题同时注意数学知识在物理中的应用．