Question

某同學在驗證機械能守恒定律實驗時：
（1）關于本實驗的敘述中，正確的有

 

A．打點計時器安裝時要使兩限位孔位于同一豎直線上并安裝穩定，以減少紙帶下落過程中的阻力
B．需用天平測出重錘的質量
C．打點計時器用四節干電池串聯而成的電池組作為電源
D．先閉合打點計時器的電源開關，然后釋放重錘
E．打出的紙帶中，只要點跡清晰，就可以運用公式，mg△h=

1

2

m

v

2

來驗證機械能是否守恒
F．驗證機械能是否守恒必須先確定零重力勢能的參考平面
（2）驗證機械能是否守恒時，實驗中計算某一點的速度，甲同學用v=gt來計算，乙同學用vn=

(sn+sn+1)

2T

來計算，其中

 

同學的計算方法更符合實驗要求，重力加速度g的數值，甲同學用9.8m/s²．
代入，乙同學用通過對紙帶分析計算出重錘下落的實際加速度代人，丙同學用當地的實際重力加速度代入，其中

 

同學的做法是正確的．
（3）甲同學計算實驗結果時發現重物重力勢能的減少量△E_p略大于動能的增加量△E_k，乙同學發現△E_p＜△E_k，實驗過程中一定存在錯誤的是

 

同學．本實驗中引起誤差的主要原因

 

．

Answer 1

分析：（1）明確實驗原理，知道需要測量的物理量以及具體操作細節，即可正確解答；
（2）實驗中若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的加速度．
（3）由于紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，機械能有損失，因此重力勢能的減小量一定大于動能的增加量．

解答：解：（1）A、打點計時器安裝時要使兩限孔位于同一豎直線上并安裝穩定，以減少紙帶下落過程中的阻力，故A正確；
B、因為我們是比較mgh、

1

2

mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故B錯誤；
C、打點計時器應該使用交流電源，故C錯誤；
D、用手托著重錘，先閉合打點計時器的電源開關，然后釋放重錘，故D正確；
E、打出的紙帶中，點跡清晰，運用公式mg△h=

1

2

mv²，必須是準確找出起始點，即初速度為零的點，故E錯誤；
F、驗證機械能是否守恒不需要確定重力勢能的參考平面，故F錯誤．
故選：AD．
（2）在驗證機械能守恒的實驗中，由于存在阻力物體實際下落的加速度小于重力加速度，所以不應當用重力加速度g來表示某位置的速度，根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上點時小車的瞬時速度大小，所以乙同學的計算方法更符合實驗要求，關于重力加速度g的數值，應該用當地的實際重力加速度代入，所以丙同學的做法是正確的．
（3）由于紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當一部分轉化給摩擦產生的內能，所以重力勢能的減小量明顯大于動能的增加量．所以實驗過程中肯定存在錯誤的是乙同學，本實驗中引起誤差的主要原因是重錘下落過程中存在著阻力作用．
故答案為：（1）AD；（2）乙、丙；（3）乙、重錘下落過程中存在著阻力作用．

點評：紙帶問題的處理時力學實驗中常見的問題，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的加速度，要注意單位的換算和有效數字的保留．