Question

【题目】利用图1装置做“验证机械能守恒定律”的实验。

(1)除打点计时器含纸带、复写纸、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有______。选填器材前的字母

A.大小合适的铁质重锤体积较大的木质重锤刻度尺 游标卡尺 秒表

(2)图2是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、重锤质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量______，动能的增加量______。

(3)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确是______。

A.该误差属于偶然误差

B.该误差属于系统误差

C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差

D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差

(4)在实验过程中，下列实验操作和数据处理正确的是______。

A.释放重锤前，使纸带保持竖直

B.做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤

C.为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v，可测量该点到O点的距离h，再根据公式计算，其中g应取当地的重力加速度

D.用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式mgh计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度

(5)某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘图象去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的图象是图3中的哪一个______。

(6)他进一步分析，发现本实验存在较大误差。为此设计出用如图4所示的实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器图中未画出记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出AB之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d。重力加速度为g。实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束。小铁球通过光电门时的瞬时速度______。如果d、t、h、g存在关系式______，也可验证机械能守恒定律。

(7)比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：______。

Answer 1

【答案】AC ； BD ABD A 阻力减小，系统误差大幅减小

【解析】

(1)实验要用到重锤来使纸带向下做匀加速运动，相同质量的铁锤体积较小，空气阻力较小，实验误差较小；测量纸带上点与点之间的距离来得到下落距离时，一般采用刻度尺，不需要使用到游标卡尺这样的精度；由打点计时器即可得到点之间的时间间隔，不需要计时器秒表。故答案为AC。

(2)从打下O点到打下B点的过程中，重锤下落高度为，重锤重力势能的减少量

由A、B、C到起始点的距离和时间间隔可知：从A到C的平均速度为B点的瞬时速度，则B点的瞬时速度；那么，从打下O点到打下B点的过程中，重锤动能的增加量

(3) 分析实验过程可知：空气阻力、摩擦阻力在实验过程做负功，则重力势能的减少量总是略大于动能的增加量；而这个实验结果是由设计方案决定的，这类误差属于系统误差，不能通过多次重复实验取平均值来减小，只能改变实验方案，减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差。故AC两项错误，BD两项正确。

(4)A：释放重锤前，使纸带保持竖直可以减少摩擦。故A项正确。

B：做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤；打点计时器先启动，可以保证纸带上的速度从零开始，纸带上的点较多，可选用的点也较多，多组数据处理可减少实验误差。故B项正确。

C：据来计算速度属于利用机械能守恒来验证机械能守恒，故C项错误。

D：用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式mgh计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度。故D项正确。

(5) 设阻力为，因阻力大小保持不变，由动能定理可得：，即，则图线是过原点的直线。故A项正确，BCD三项错误。

(6)小球通过光电门的时间极短，可认为小球球心通过光电门的速度

小球下落的高度为，由机械能守恒可得：；即由可验证机械能守恒定律。

(7)改进方案后，纸带受到的摩擦消除，小球受到的阻力大幅减小，系统误差大幅度减少。