Question

图甲是“利用自由落体运动验证机械能守恒”的实验装置．让质量为m的重物自由下落，打出一条较为理想的纸带，O为打点计时器在纸带上打出的第一个点，选取纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E，并测量出OA间的距离为s₁，AC间的距离为s₂，CE间的距离为s₃，如图乙所示．已知打点计时器使用的交流电频率为f，请你回答：（当地重力加速度g）
（1）在固定打点计时器时，应将其平面处于

竖直

 平面内．
（2）手持纸带保持竖直方向，使重物静止在靠近打点计时器的地方．接着要完成的是“A、放开纸带”和“B、接通电源”，这两个环节首先应该完成

B

（填字母）．
（3）与重物相连接的是图乙中纸带的

左

端（选填“左”或“右”），打点计时器从打A点到打E点，重物运动的时间为

4

f

．
（4）打点计时器从打第一个点O点到打C点的过程中，重物的重力势能的减少量为△E_p=

mg（s₁+s₂）

计时器在打O点和C点的这段时间内，重物的动能增加量为△E_k=

m(s2+s3)2f2

32

．本实验误差的主要来源有

空气阻力

，

交流电频率波动

（试举出两条）．

Answer 1

分析：（1）本题利用自由落体运动的规律来验证机械能守恒因此要将打点计时器时固定在竖直平面内；
（2）利用纸带测物体速度的实验中，要先接通电源，然后释放纸带，这样可以充分利用纸带；
（3）物体做加速运动，根据所打点之间距离的变化可以判断那端与物体相连，根据打点个数可以计算运动时间；
（4）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瞬时速度，进一步求出物体的动能变化，根据下落高度计算重力势能的变化．

解答：解：（1）若打点计时器没有固定在竖直平面内，物体不可能做自由落体运动，在不能用此装置验证机械能守恒．
故答案为：竖直．
（2）开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，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．故选B．
故答案为：B．
（3）物体做加速运动，纸带上的点从左到右间距越来越大，因此重物相连接的是图乙中纸带的左端，打点周期为

1

f

，因此从打A点到打E点，重物运动的时间为

4

f

．
故答案为：左；

4

f

．
（4）根据重力势能的定义式得：
重力势能减小量：△E_p=mgh=mg（s₁+s₂）
利用匀变速直线运动的推论得C点的速度为：
vC=

(s2+s3)

4T

=

f(s2+s3)

4

△EK=

1

2

m

v

2 C

=

m(s2+s3)2f2

32

实验误差的主要来源有：纸带与打点计时器之间有摩擦；测量间隔距离有误差；重物下落受到空气阻力交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等．
故答案为：mg（s₁+s₂）；

m(s2+s3)2f2

32

；空气阻力，交流电频率波动．

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；要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．