Question

利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗。

①除打點計時器（含紙帶、復寫紙）、交流電源、鐵架臺、導線及開關外，在下面的器材中，必須使用的還有________。（選填器材前的字母）
A. 大小合適的鐵質重錘
B. 體積較大的木質重錘
C. 刻度尺
D. 游標卡尺
E. 秒表
②圖2是實驗中得到的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為h_A、h_B、h_C。
重錘質量用m表示，已知當地重力加速度為g，打點計時器打點的周期為T。從打下O點到打下B點的過程中，重錘重力勢能的減少量∣ΔE_p∣=________，動能的增加量ΔE_k=________。

③實驗結果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，關于這個誤差下列說法正確的是________
A．該誤差屬于偶然誤差
B．該誤差屬于系統誤差
C．可以通過多次測量取平均值的方法來減小該誤差
D．可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差
④在實驗過程中，下列實驗操作和數據處理正確的是________
A. 釋放重錘前，使紙帶保持豎直
B. 做實驗時，先接通打點計時器的電源，再釋放重錘
C. 為測量打點計時器打下某點時重錘的速度v，可測量該點到O點的距離h，再根據公式計算，其中g應取當地的重力加速度
D．用刻度尺測量某點到O點的距離h，利用公式mgh計算重力勢能的減少量，其中g應取當地的重力加速度
⑤某同學在紙帶上選取計數點后，測量它們到起始點O的距離h，并計算出打相應計數點時重錘的速度v，通過描繪v²-h圖像去研究機械能是否守恒。若實驗中重錘所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不變，從理論上分析，合理的v²-h圖像是圖3中的哪一個________

Answer 1

①AC（2分）   ②mgh_B（2分），（4分） ③BD（2分）   ④ABD（2分）      ⑤A（2分）

試題分析：①驗證機械能守恒定律實驗，需要盡量減小阻力，以使得減少的重力勢能接近增加的動能，所以選擇鐵質重錘而不是木質，這樣可以盡量減少阻力影響。即選項A對B錯。在計算速度時需要刻度尺測量點跡之間的距離以及下落的高度，所以選項C是必須的。而秒表不需要，只有查相鄰點的間隔即可得時間間隔，因為打點計時器每隔0.02秒打一個點。所以E錯誤。有刻度尺測量點間距，而不需要游標卡尺選項D錯。②O點到B點下落的高度為，所以減少的重力勢能為，增加的動能要計算B點的瞬時速度，B為AC的中間時刻即等于AC的平均速度，所以，增加的動能。③重力勢能的減少量略大于動能的增加量，主要是因為不可避免系統存在阻力，就會有部分重力勢能轉化為內能，所以動能增加的少，重力勢能減少的多，此為系統誤差，選項A錯B對。無論怎么多次測量去平均值都只能減少偶然誤差不能減少系統誤差，選項C錯，只有減少阻力影響才能減少系統誤差，選項D對。④為保證只有重力做功，釋放前紙帶豎直可減少紙帶與 打點計時器限位孔之間的摩擦，選項A對。實驗過程先接通電源，待打點穩定后再釋放紙帶 ，選項B對。速度的計算必須從紙帶數據來求，而不能根據自由落體運動求速度，如果按照自由落體運動的速度來求解則減少的重力勢能一定等于增加的動能，驗證就沒有意義了。計算減少的重力勢能一定要按照當地的重力加速度來計算選項D對。⑤若有恒定的阻力存在，則根據動能定理可得，即，所以圖像斜率為定值，而且過原點，對照選項A對。