Question

利用图1装置做“验证机械能守恒定律”的实验。

①除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有________。（选填器材前的字母）

A. 大小合适的铁质重锤

B. 体积较大的木质重锤

C. 刻度尺

D. 游标卡尺

E. 秒表

②图2是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h_A、h_B、h_C。

重锤质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。从打下O点到打下B点的过程中，重锤重力势能的减少量∣ΔE_p∣=________，动能的增加量ΔE_k=________。

③实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是________

A．该误差属于偶然误差

B．该误差属于系统误差

C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差

D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差

④在实验过程中，下列实验操作和数据处理正确的是________

A. 释放重锤前，使纸带保持竖直

B. 做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重锤

C. 为测量打点计时器打下某点时重锤的速度v，可测量该点到O点的距离h，再根据公式计算，其中g应取当地的重力加速度

D．用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式mgh计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度

⑤某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘v²-h图像去研究机械能是否守恒。若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v²-h图像是图3中的哪一个________

Answer

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

【解析】试题分析：①验证机械能守恒定律实验，需要尽量减小阻力，以使得减少的重力势能接近增加的动能，所以选择铁质重锤而不是木质，这样可以尽量减少阻力影响。即选项A对B错。在计算速度时需要刻度尺测量点迹之间的距离以及下落的高度，所以选项C是必须的。而秒表不需要，只有查相邻点的间隔即可得时间间隔，因为打点计时器每隔0.02秒打一个点。所以E错误。有刻度尺测量点间距，而不需要游标卡尺选项D错。②O点到B点下落的高度为，所以减少的重力势能为，增加的动能要计算B点的瞬时速度，B为AC的中间时刻即等于AC的平均速度，所以，增加的动能。③重力势能的减少量略大于动能的增加量，主要是因为不可避免系统存在阻力，就会有部分重力势能转化为内能，所以动能增加的少，重力势能减少的多，此为系统误差，选项A错B对。无论怎么多次测量去平均值都只能减少偶然误差不能减少系统误差，选项C错，只有减少阻力影响才能减少系统误差，选项D对。④为保证只有重力做功，释放前纸带竖直可减少纸带与 打点计时器限位孔之间的摩擦，选项A对。实验过程先接通电源，待打点稳定后再释放纸带 ，选项B对。速度的计算必须从纸带数据来求，而不能根据自由落体运动求速度，如果按照自由落体运动的速度来求解则减少的重力势能一定等于增加的动能，验证就没有意义了。计算减少的重力势能一定要按照当地的重力加速度来计算选项D对。⑤若有恒定的阻力存在，则根据动能定理可得，即，所以图像斜率为定值，而且过原点，对照选项A对。