Question

在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，利用重物拖著紙帶自由下落通過打點計時器并打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．
（1）在實驗過程中，下列說法正確的是

B

．
A．必須使用的測量儀器有：打點計時器、天平和刻度尺
B．紙帶與打點計時器的兩個限位孔要在同一豎直線上
C．實驗中其他條件不變時，所選重物的質量大小不影響實驗的誤差
D．選用紙帶上任意兩點的數據都可以驗證機械能守恒定律
（2）正確進行實驗操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖甲所示．圖中O點為打點起始點，且速度為零．
選取紙帶上打出的連續點，標上A、B、C…測得其中E、F、G點距打點起始點O的距離分別為h₁、h₂、h₃．已知重物的質量為m，當地重力加速度為g，打點計時器的打點周期為T．為驗證此實驗過程中機械能是否守恒，需要計算出從打下O點到打下F點的過程中，重物重力勢能的減少量△E_p=

mgh₂

，動能的增加量△E_k=

m(h3-h1)2

8T2

．（用題中所給字母表示）
（3）以各點到起始點的距離h為橫坐標，以各點速度的平方v²為縱坐標建立直角坐標系，用實驗測得的數據繪出v²-h圖象，如圖乙所示：由v²-h圖線求得重物下落的加速度g'=

9.68

m/s²．（結果保留三位有效數字）

Answer 1

分析：根據實驗目的以及機械能守恒定律的表達式，可明確該實驗需要測量的物理量；
寫出機械能守恒的表達式，可正確解答本題．

解答：解：（1）①A、根據機械能守恒的表達式，可知不需要測量質量，故A錯誤；
B、為了減小誤差，紙帶與打點計時器的兩個限位孔要在同一豎直線上，故B正確；
C、由于阻力實際不能忽略，故若重物質量過小，阻力的影響較大，結果誤差較大，故C錯誤；
D、為了減小誤差，應取距離較大的兩個點進行測量計算，故D錯誤．
故選B．
（2）重力勢能減小量等于mgh，而OF兩點的距離為h₂，故減小的重力勢能等于mgh₂；
F點的速度等于EG段的平均速度，故v=

h3-h1

2T

，則F點的動能等于

1

2

mv²=

m(h3-h1)2

8T2

；
（3）根據動能定理：mgh=

1

2

mv²，則v²=2gh，所以圖象中的斜率為2g也就是g的2倍，求圖中直線的斜率然后除以2就等于重力加速度的值，計算后為9.68m/s²
故答案為：（1）B（2）mgh₂，

m(h3-h1)2

8T2

；（3）9.68m/s²

點評：在解決實驗問題時要注意實驗的原理有實驗中的注意事項，特別要注意數據的處理及圖象的應用．