Question

某同學利用如圖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1kg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，紙帶打點如下圖所示．

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點距離如圖所示，單位為mm，重力加速度為9.8m/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v_B＝       ，重錘動能E_kB＝       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

（1） ①打點計時器接了直流電；　②重錘離打點計時器太遠
（2）1.18m/s    0.690J   0.692J  在實驗誤差充許的范圍內重錘下落過程機械能守恒

試題分析：（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。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：

根據動能的定義得：，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
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。