Question

在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0，1，2，3，4，…，n．则：

①在图中所示的两条纸带中应选取的纸带是

a

，原因是

前两点的距离接近2mm，近似于自由落体运动．

．
②如用从起点0到第3点之间来验证，必须直接测量的物理量为

点0到点3的距离h₃，点2至点4的距离h₂₄

，必须计算出的物理量为

点3的瞬时速度v₃

，验证的表达式为

mgh3=

1

2

m

v

2 3

．
③下列实验步骤操作合理的顺序排列是

ADBCEF

_（填写步骤前面的字母）
A．将打点计时器竖直安装在铁架台上，
B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，
C．取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻个面）重新做实验，
D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提纸带，
E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h₁，h₂，h₃，…h_n，计算出对应的瞬时速度v₁，v₂，v₃，…，v_n，
F．分别算出

1

2

mv_n²和mgh_n，在实验误差范围内看是否相等．
④本实验中，计算出从0点到某点重力势能的减少量与动能的增加量相比较，是偏小还是偏大？请写出减少偏差的实验改进措施．

Answer 1

分析：①在自由落体运动中，前0.02s的位移：h=

1

2

gt2=0.00192m=1.92mm，在该实验中要选取前2点之间的位移小于该数值的 纸带．
②验证从0到某点的机械能守恒，首先要测量这两点之间的距离，还要用平均速度法求出该点的速度，故还要测量该点两侧的一段距离．
③实验步骤操作的顺序：安装在铁架台，安装打点计时器，将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，打点，重复，选纸带，数据处理．

解答：解：①在自由落体运动中，前0.02s的位移：h=

1

2

gt2=0.00192m=1.92mm，在该实验中要选取前2点之间的位移小于该数值的 纸带．所以，在图中所示的两条纸带中应选取的纸带是 a，原因是 前两点的距离接近2mm，近似于自由落体运动．
②验证从0到3点的机械能守恒，首先要测量这两点之间的距离，用来计算mgh；还要用平均速度法求出该点的速度，故还要测量该点两侧的一段距离，如点2至点4的距离h₂₄
③按照实验操作的步骤顺序：安装在铁架台，安装打点计时器（A），将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器（D），打点（B） 重复（C）选纸带（E），数据处理（F）．
④该实验中，由于存在空气的阻力与摩擦阻力，机械能的总量会有一定的减小，所以从0点到某点重力势能的减少量与动能的增加量相比较要偏一些．改进的方法主要是针对以上两点，如选用密度和质量较大的重物；打点计时器的限位孔在同一条竖直线上；纸带要竖直释放．
故答案为：
①（a）； 前两点的距离接近2mm，近似于自由落体运动．（或a=9.75m/s²，接近g）
②点0到点3的距离h₃，点2至点4的距离h₂₄，点3的瞬时速度v₃；mgh3=

1

2

m

v

2 3

③A D B C E F
④偏大．选用密度和质量较大的重物；打点计时器的限位孔在同一条竖直线上；纸带要竖直释放．

点评：该题考查到验证机械能守恒的实验目的、实验步骤、纸带的选取以及实验数据的处理和误差的分析，可以说是非常全面．考点都是记忆性的知识．属于基础题目．