Question

“驗證機械能守恒定律”的實驗可以采用如圖所示的（甲）或（乙）方案來進行．
（1）比較這兩種方案，

甲

（填“甲”或“乙”）方案好些，主要理由是

甲方案比乙方案阻力影響小

．
（2）某小組的同學選用圖甲的方案實驗，進行了如下操作，其中錯誤的是

C

．
A．將打點計時器豎直固定在鐵架臺上．
B．將長約0.5m的紙帶用小夾子固定在重物上后穿過打點計時器，用手提著紙帶，使重物靜止在靠近打點計時器的地方．
C．先松開紙帶，再接通電源，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點．
D．換幾條紙帶，重復上面實驗．
E．在打出的紙帶中挑選第一、第二兩點間距接近2mm，且點跡清楚的紙帶進行測量，先記下O點（第一個點）的位置，再從后面較清晰的任意點開始依次再取四個計數點A、B、C、D，求出相應位置對應的速度及其下落的高度．
F．將測量數據及計算結果填入自己設計的表格中．
G．根據以上測得數據計算重力勢能的減少量和對應的動能的增加量，驗證機械能守恒定律．
（3）選出一條紙帶如圖所示，其中O點為起點，A、B、C為三個計數點，打點計時器打點周期為0.02s，用最小刻度為mm的刻度尺，測得OA=11.13cm，OB=17.69cm，OC=25.9cm．這三個數字中不符合有效數字要求的是

25.9cm

，重錘的質量為m=0.2kg，根據以上數據，求當打點針打到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了

0.354

J；
這時它的動能增加量是

0.342

J．（g取10m/s²，結果保留三位有效數字）
（4）實驗中往往出現重錘動能的增加量小于重力勢能的減少量的情況，其主要原因是

重錘在下落的過程中克服阻力做功導致重錘動能的增加量小于重力勢能的減少量

．

Answer 1

分析：（1）選擇合適的實驗裝置，首先明確實驗原理以及產生誤差的原因，要從有利于減小實驗誤差和便于操作的角度進行選擇．
（2）了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項即可正確解答；
（3）重力勢能的減小量等于重力做功大小，根據某段時間內的平均速度等于時間中點的瞬時速度，可以求出C點速度大小，從而進一步求出其動能的增加量．
（4）明確該實驗誤差產生的原因，即可正確解答．

解答：解：（1）機械能守恒的前提是只有重力做功，實際操作的方案中應該使摩擦力越小越好．故甲方案好一些，因為這個方案摩擦阻力較小，誤差小，操作方便，實驗器材少．
（2）A．將打點計時器豎直固定在鐵架臺上．故A正確
B．將長約0.5m的紙帶用小夾子固定在重物上后穿過打點計時器，用手提著紙帶，使重物靜止在靠近打點計時器的地方．故B正確
C．應先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點．故C錯誤
D．換幾條紙帶，重復上面實驗．故D正確
E．在打出的紙帶中挑選第一、第二兩點間距接近2mm，且點跡清楚的紙帶進行測量，先記下O點（第一個點）的位置，
再從后面較清晰的任意點開始依次再取四個計數點A、B、C、D，求出相應位置對應的速度及其下落的高度．故E正確
F．將測量數據及計算結果填入自己設計的表格中．，故F正確
G．根據以上測得數據計算重力勢能的減少量和對應的動能的增加量，驗證機械能守恒定律．故G正確
故選：C．
（3）選用最小刻度為mm的刻度尺，應該估讀到毫米的下一位，故OC讀數不符合有效數字要求，應該讀為25.90cm，
重力勢能的減小量等于重力做功，因此有：
△E_P=mgh=0.2×10×0.1769=0.354 J
勻變速直線運動中，時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，因此有：
v_B=

XAC

2T

=

0.2590-0.1113

2×0.04

=1.85m/s 
△E_k=

1

2

mv_B²-0=0.342 J
（4）實驗中往往出現重錘動能的增加量小于重力勢能的減少量的情況，其主要原因是重錘在下落的過程中克服阻力做功．
故答案為：（1）甲，甲方案比乙方案阻力影響小_
（2）C  
（3）25.9cm，0.354，0.342 
（4）重錘在下落的過程中克服阻力做功導致重錘動能的增加量小于重力勢能的減少量．

點評：書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．