Question

16．用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量，即驗證機械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能
是否等于增加的動能．
其中沒有必要進行的或者操作不當?shù)牟襟E是BCD（將其選項對應的字母填在橫線處）
（2）如圖所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出A距起始點O的距離為s₀=11.13cm，點AC間的距離為s₁=6.56cm，點CE間的距離為s₂=8.10cm，使用交流電的頻率為f=50Hz，重錘質(zhì)量為m=2kg，當?shù)刂亓�加速度為g=9.8m/s²，則打點計時器打下C點時重物下落的速度v_C=1.83m/s，從O點到C點的過程中，動能的增加量△E_k=3.35J，重力勢能的變化量為△E_P=3.47J（以上3空結果均保留三位有效數(shù)字）
（3）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．根據(jù)紙帶計算重錘下落的加速度a=9.63m/s²．（結果保留三位有效數(shù)字）

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(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有理解了這些才能真正了解具體實驗操作的含義．
（2）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出C點的瞬時速度，從而得出動能的增加量，結合下降的高度求出重力勢能的減小量．
（3）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量，即△x=aT²求出重錘下落的加速度．

解答 解：（1）B：將打點計時器應接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C：因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C錯誤．
D：開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，故D錯誤．
故選：BCD．
（2）C點的瞬時速度v_C=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{4T}$=$\frac{（{s}_{1}+{s}_{2}）f}{4}$=$\frac{（0.0656+0.0810）×50}{4}$=1.83m/s，
從O點到C點的過程中，動能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}m{v}_{c}^{2}$=$\frac{1}{2}×2×1.8{3}^{2}$=3.35J
打點計時器在打O點到C點的這段時間內(nèi)，
重物的重力勢能的減少量為△E_P=mgs_OC=2×9.8×（0.1113+0.0656）=3.47J，
（3）根據(jù)△x=aT²得，a=$\frac{△x}{T}$=$\frac{0.0810-0.0656}{0.0{4}^{2}}$m/s²=9.63m/s²．
故答案為：（1）BCD；（2）1.83，3.35，3.47；（3）9.63．

點評 只有明確了實驗原理以及實驗的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項實驗操作的具體含義，這點要在平時訓練中加強練習．
解決本題的關鍵掌握實驗的原理，即驗證系統(tǒng)重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度．