Question

【題目】用自由落體法驗證機械能守恒定律的實驗中：

⑴運用公式對實驗條件的要求是：在打第一個點時重錘恰好由靜止開始下落，為此所選擇的紙帶第1、2兩個打點間的距離應接近___________。

⑵ 某同學實驗步驟如下：

A.用天平準確測出重錘的質量；

B.把打點定時器架在鐵架臺上，并接上直流電源；

C.將紙帶一端固定在重錘上，另一端穿過打點定時器的限位孔，使重錘靠近打點定時器；

D.先釋放重錘，后接通電源；

E.取下紙帶，再重復幾次；

F.選擇紙帶，測量紙帶上某些點之間的距離

G.根據測量結果進行計算

你認為他實驗步驟中多余的步驟是____________，錯誤的步驟是_____（均填序號）

⑶在本次驗證機械能守恒定律的實驗中，質量m=200g的重錘拖著紙帶由靜止開始下落，在下落過程中，打點計時器在紙帶上打出一系列的點．在紙帶上選取三個相鄰計數點A、B和C，相鄰計數點時間間隔為0.100s，O為重錘開始下落時記錄的點，各計數點到O點的距離如圖所示，長度單位是cm，當地重力加速度g為9.80m/s2．

①打點計時器打下計數點B時，重錘下落的速度vB=_______________m/s（保留三位有效數字）；

②從打下計數點O到打下計數點B的過程中，重錘重力勢能減小量△Ep=________J，重錘動能增加量△EK=__________J（保留三位有效數字）；

③即使在實驗操作規范，數據測量及數據處理均正確的前提下，該實驗求得的△Ep通常略大于△Ek，這是由于實驗存在系統誤差，該系統誤差產生的主要原因是：___________________． 查看答案

⑷在該實驗中實驗者如果根據紙帶算出相關各點的速度V，量出下落的距離h，以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應是下圖中的__________就證明機械能是守恒的，圖象的斜率代表的物理量是_____________________。

Answer 1

【答案】 （1）2mm （2）A BD （3）①2.91 ② 0.856 0.847 ③存在空氣阻力 ⑷B g(重力加速度)

【解析】（1）根據x=gt2＝×10×0.022m＝2mm知，選擇的紙帶第1、2兩個打點間的距離應接近2mm．
（2）實驗中驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，質量可以約去，所以不用天平測量重錘的質量，故A是多余的步驟．打點計時器應使用交流電源，故B錯誤．實驗時應先接通電源，再釋放重錘，故D錯誤．故錯誤的步驟為：BD．
（3）①重錘下落的速度 ．
②從打下計數點O到打下計數點B的過程中，重錘重力勢能減小量△Ep=mgh=0.2×9.8×0.4368J≈0.856J，重錘動能增加量△EK=mvB2＝×0.2×2.912≈0.847J．
③該實驗求得的△Ep通常略大于△Ek，這是由于實驗存在系統誤差，該系統誤差產生的主要原因是存在阻力作用．
（4）根據機械能守恒定律得，mgh= mv2，解得v2＝gh，可知圖線為過原點的傾斜直線，故選B．
由表達式v2＝gh知，圖線的斜率表示重力加速度g．