Question

【題目】某同學利用如圖甲所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律．

（1）該同學開始實驗時情形如圖甲所示，接通電源釋放紙帶．請指出該同學在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當的地方：

①___________________；

②___________________．

（2）該同學經修改錯誤并正確操作，讓質量為1 kg的重錘下落，通過打點計時器在紙帶上記錄運動過程，打點計時器所接電源為頻率是50 Hz的交變電源，紙帶打點如圖乙所示．

紙帶上O點為重錘自由下落時的打點起點（O、A間有點未畫出），選取的計數點A、B、C、D依次間隔一個點（圖中未畫出），各計數點與O點距離如圖乙所示，單位為mm，重力加速度為9．8 m/s2，則：（結果保留三位有效數字）

根據紙帶，打點計時器打下B點時，重錘速度vB＝________，重錘動能EkB＝________，從開始下落算起，打點計時器記錄B點時，重錘勢能減少量為________．由此可以得到的實驗結論是：________________．

Answer 1

【答案】（1）①打點計時器接了直流電

②重錘離打點計時器太遠

（2）1．18 m/s 0．690 J 0．692 J

在實驗誤差允許的范圍內重錘下落過程機械能守恒

【解析】（1）本實驗使用的是打點計時器，根據打點計時器的工作原理，必須使用交流電源，而該同學采用的是直流電源；紙帶總長約1米左右，且盡可能在紙帶上多打一些點，所以應讓重物緊靠打點計時器，而該同學將重物放的位置離打點計時器太遠，故該同學在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當的地方是：①打點計時器接了直流電；②重物離打點計時器太遠．

（2）打點計時器所接電源為頻率是50 Hz的交變電源，選取的計數點A、B、C、D依次間隔一個點，所以相鄰的計數點的時間間隔是T＝0．04 s．根據勻變速直線運動的規律：某段時間內的平均速度大小等于這段時間中間時刻的瞬時速度大小，則有：

vB＝＝m/s＝1．175 m/s≈1．18 m/s

根據動能的定義得：Ek＝＝×1×（1．175）2 J＝0．690 J，從開始下落算起，打點計時器記錄B點時，重錘勢能減少量為ΔEp＝mgxOB＝1×9．8×70．6×10－3 J＝0．692 J

從前面的計算可以看出重錘動能增加量近似等于重錘勢能減少量，即在誤差允許的范圍內重錘下落過程機械能守恒．