Question

（1）在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，打點計時器所用電源為50Hz，當地重力加速度的值為9.80m/s²，測得所用重物的質量為1.00kg，甲、乙、丙三學生分別用同一裝置打出三條紙帶，量出各紙帶上第1、2兩點間的距離分別為0.18cm、0.19cm、0.25cm，從紙帶中可看出

丙

學生在操作上肯定有錯誤，可能的原因是

先放手后插電源

．
（2）在一次實驗中，質量m=1kg的重物自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖所示（相鄰計數點時間間隔為0.02s），單位cm，那么紙帶的

左

端與重物相連； 打點計時器打下計數點B時，物體的速度v_B=

0.975m/s

； 從起點O到打下計數點B的過程中重力勢能減少量△E_P=

0.49J

； 此過程中物體動能的增加量△E_K=

0.48J

（g=9.80m/s²）； 通過計算，數值上△E_P

＞

△E_K（填“＞”、“=”、或“＜”），這是因為

運動過程存在阻力

；實驗的結論是

在誤差允許的范圍內機械能守恒

．

Answer 1

分析：（1）解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項，這樣才能真正的了解具體操作的含義，正確分析誤差產生的原因．
（2）紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．

解答：解：（1）打點計時器的打點頻率為50 Hz，打點周期為0.02 s，重物開始下落后，在第一個打點周期內重物下落的高h=

1

2

gt2≈

1

2

×9.8×(0.02)2m≈2mm所以所選的紙帶最初兩點間的距離接近2 mm，量出各紙帶上第一、二兩點間的距離分別為0.18cm，0.19cm和0.25cm，可以看出丙同學在操作上誤差較大，具體原因就是先釋放紙帶后接電源，打點一個點時已經有了速度，導致開始兩點之間的距離大于2mm．
故答案為：丙；先放手后插電源．
（2）物體下落時做加速運動，因此所打點距會越來越大，故紙帶的左端與重物相連；
根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度有：
vB=

xAC

2T

=

(7.0-3.1)cm

2×0.02s

=0.975m/s
根據功能關系可知，當打點計時器打在B點時，重錘的重力勢能的減少量為：
△E_P=mgh=1.0×9.8×0.05J=0.49J
△Ek=

1

2

mvB2≈0.48J
由此可知重力勢能的減小量大于動能的增加量，其原因是物體下落過程中存在阻力，因此在誤差范圍內物體機械能守恒．
故答案為：左，0.975m/s，0.49J，0.48J，＞，運動過程存在阻力，在誤差允許的范圍內機械能守恒．

點評：運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題，對于驗證實驗，我們有時也需要實驗原理、測量數據等各個方面分析產生誤差的原因．