Question

16．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额“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
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．
其中没有必要进行的或者操作不当的是BCD．
（2）在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图2所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s²．求：
①打点计时器打下记数点B时，物体的速度V_B=3.89m/s（保留三位有效数字）；
②从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量△E_P=7.62 J．动能的增加量△E_K=7.57 J（保留三位有效数字）；
③根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度a=9.75m/s²．（保留三位有效数字）
（3）即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的△E_P也一定略大于△E_K，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因．存在摩擦阻力．

Answer 1

分析 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．
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和加速度，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．由△x=aT²求加速度．

解答 解：（1）B、将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误．
C、因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$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．
（2）①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，由此可以求出B点的速度大小为：
v_B=$\frac{0.8573-0.7018}{2×0.02}$=3.89m/s
②重力势能减小量△E_p=mgh=1×9.8×0.7776 J=7.62 J．
动能的增加量△E_K=$\frac{1}{2}$mv_B²=7.57 J．
③根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=$\frac{0.8573-0.7776-（0.7776-0.7018）}{{（0.02）}^{2}}$=9.75m/s²，
（3）该系统误差产生的主要原因是存在摩擦阻力．
故答案为：（1）BCD
（2）①3.89m/s
②7.62 J；7.57 J
③9.75m/s²
（3）存在摩擦阻力

点评 解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定所需测量的物理量，以及知道实验中的注意事项，在平时的学习中，需加以总结．