用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源,有输出电压为6V、频率为50Hz的交流电和输出电压为

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  • 解题思路:(1)在验证机械能守恒定律的实验中,总共涉及到:打点计时器的使用,纸带的数据处理和验证机械能守恒定律这几项内容,特别是打点计时器的使用的几个注意事项,更是考查的重点,(1)和(3)就是这些方面.

    (2)计算重力势能的减小,使用公式△EP=mg△h代入数据即可,计算动能的增加,要分别计算出重锤在B点的速度和在D点的速度,再代入公式

    E

    K

    1

    2

    m

    v

    2

    D

    1

    2

    m

    v

    2

    B

    (1)打点计时器的使用的几个注意事项,要检查打点计时器的两个限位孔和纸带的运动方向一致,该实验中,要在同一条竖直线上;打点计时器应该使用4~6V的交流电;要先接通电源开关,然后松开手释放纸带,该次序不能颠倒.因此,以上的几个实验的三个操作步骤都有问题.正确的方法应该是:A:按照图示的装置安装器件后,要检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上; B:打点计时器应该使用交流电;C:要先接通电源开关,然后松开手释放纸带,该次序不能颠倒.

    (2)重锤从B点到D点过程中重力势能减少量:△EP=mg△h=0.3×9.8×(4.42+4.80)×10−2=0.271J

    重锤在B点的速度:vB=

    AB+BC

    2T=

    (4.03+4.42)×10−2

    2×0.02=2.11m/s

    重锤在D点的速度:vD=

    CD+DE

    2T=

    (4.80+5.18)×10−2

    2×0.02=2.495m/s

    动能的增加量:△EK=

    1

    2m

    v2D−

    1

    2m

    v2B=0.264J

    (3)在该实验中,由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在,重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量;若重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加量,而且比较明显,就要考虑阻力太大的原因.在该实验过程的步骤A中,没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上,导致摩擦力太大,应该是导致误差太大的主要原因.

    故答案为:(1)A:按照图示的装置安装器件后,要检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上; B:打点计时器应该使用交流电;C:要先接通电源开关,然后松开手释放纸带,该次序不能颠倒;(2)0.271J(0.269~0.275算正确),0.264J(0.261~0.267算正确);(3)在步骤A中,没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上,导致摩擦力太大.

    点评:

    本题考点: 验证机械能守恒定律.

    考点点评: (1)打点计时器的使用的几个注意事项,是和它有关的实验中的重点之一,像该题中,打点计时器的使用的几个注意事项都存在一定的问题;

    (2)计算重锤在B点的速度和在D点的速度,要使用到纸带的数据处理的方法,即:某段过程中的中点时刻的即时速度,等于该段时间内的平均速度.

    (3)该考题涉及的知识点较多,计算较简单,属于中档题目.

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