Question

(8分)如圖為“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖。現有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重物、導線、開關。回答下列問題：

⑴為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有      (填入正確選項前的字母)；
A．秒表         B．刻度尺         C．0～6V的交流電源         D．0～6V的直流電源
⑵實驗中誤差產生的原因有                                                                
                                                                            (寫出兩個原因)；
⑶若已知打點計時器的電源頻率為50Hz，當地的重力加速度為g＝9.80m/s²，重物質量為mkg，實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示，其中O為第一個點，A、B、C為另外3個連續點，由圖中數據可知重物由O點運動到B點重力勢能減少量ΔE_p＝     J，動能增量ΔE_k＝     J，得出的結論是                。(計算結果保留三位有效數字)

Answer 1

⑴BC；⑵用刻度尺測量紙帶上點之間的距離，即重物下落的高度時，會引起實驗誤差，紙帶與打點計時器限位孔之間的摩擦力，也會對實驗造成誤差；⑶7.62m，7.59m，在實驗誤差允許的范圍內，機械能守恒。

試題分析：⑴從實驗提供的已有器材中可知，由于選用了電磁打點計時器，因此需要學生電源，且為低壓交流電源，故選項C正確；選項D錯誤；實驗過程中需要測量紙帶上點之間的距離，即重物下落的高度，因此需要使用刻度尺，故選項B正確，本實驗中無需測量時間，故選項A錯誤。
⑵在實驗過程中，用刻度尺測量紙帶上點之間的距離，即重物下落的高度時，讀數(刻度尺需要估讀)會引起此實驗的偶然誤差，紙帶與打點計時器限位孔之間的摩擦力，以及重物下落過程中所受的空氣阻力等，也會對此實驗造成系統誤差；
⑶由圖中數據可知重物由O點運動到B點的過程中，下降的高度為77.76cm＝0.7776m，因此此過程中重力勢能減少量ΔE_p＝mgh＝m×9.80×0.7776J＝7.62m，運動至B時重物對應的速度為：v_B＝×10^－2m/s＝3.895m/s，所以重物由O點運動到B點的過程中，動能增量ΔE_k＝－0＝0.5×m×3.895²J＝7.59m，通過ΔE_p和ΔE_k兩者大小的比較可知，在實驗誤差允許的范圍內，減少的重力勢能與增加的動能幾乎相等，即機械能守恒。