Question

用如图1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．对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律．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．先释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源打出一条纸带
E．测量纸带上某些点间的距离
F．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．
Ⅰ、其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是

BCD

．（将其选项对应的字母填在横线处）
Ⅱ、在实验中，质量m为1.0kg的重物自由下落，带动纸带打出一系列的点，如图2所示．相邻计数点间的时间间隔为0.02s，距离单位为cm．
（1）纸带的

左

端与重物相连；
（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度v_B=

0.98

m/s；（结果保留两位有效数字）
（3）某同学从起点O到打下计数点B的过程中，计算出物体的动能增加量△E_K=0.48J，势能减少量△E_P=0.49J（g=9.8m/s²），该同学的计算方法和过程并没有错误，却出现了△E_K＜△E_P的结果，试问这一结果是否合理？答：

合理

．
（4）另一名同学用vB2=2ghOB计算出B的动能E_K=0.49J，恰好与势能减少量△E_P相等，于是该同学得出结论“重物下落过程中机械能守恒”，试问该同学的做法是否合理？答：

不合理

．

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）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，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，求出重力势能的减小量，然后根据计算结果判定在误差范围内机械能是否守恒．

解答：解：Ⅰ、B：将打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B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错误．
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D错误．
故选BCD．
Ⅱ、（1）从纸带上可以看出0点为打出来的第一个点，速度为0，重物自由下落，初速度为0，所以应该先打出0点，而与重物相连的纸带在下端，应该先打点．所以纸带的左端应与重物相连．
（2）根据在匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度有：vB=

xAC

2T

=

0.076-0.0314

0.04

=0.98m/s
（3）通过计算可知动能的增加量小于重力势能的减小量，其原因是物体在下落过程中克服摩擦阻力做功，导致重力势能没有完全转化为动能．
所以这一结果合理；
（4）若用vB2=2ghOB计算B的动能，则

1

2

mvB2=mghOB，相当于用机械能守恒定律来证明机械能守恒定律，不合理．
故答案为：Ⅰ、BCDⅡ、（1）左   （2）0.98m/s  （3）合理   （4）不合理

点评：（1）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．
（2）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，要注意单位的换算和有效数字的保留．