Question

5．“驗證機械能守恒定律”的實驗采用如圖甲重物自由下落的方法：

（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材；
B．將電火花計時器接到電源的”直流輸出”上；
C．先釋放懸掛重物的紙帶．然后接通電源開關打出一條紙帶；
D．測量紙帶上某些點間的距離；
E．根據(jù)測量的結(jié)果計算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
其中操作不當?shù)牟襟E是BC．（將其選項對應的字母填在橫線處）
（2）實驗中，發(fā)現(xiàn)重物減少的勢能總是大于重物增加的動能，造成這種現(xiàn)象的主要原因是C．
A．選用的重物質(zhì)量過大
B．數(shù)裾處理時出現(xiàn)計算錯誤
C．空氣對重物的阻力和打點計時器對紙帶的阻力影響
D．實驗時操作不夠細，實驗數(shù)據(jù)測量不準確
（3）（本小題結(jié)果保留三位有效數(shù)字）若實驗中所用重物的質(zhì)量m=1 kg，打點紙帶如圖乙所示，O點為打下的笫一個點，打點時間間隔為0.02 s，則記錄B點時，重物的動能E_K=0.168J，重力加速度為9.8 m/s²，從開始下落起至B點重物的重力勢能減少量是0.172J，由此可得出的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)重物的機械能守恒．

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、重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢能不可能全部轉(zhuǎn)化為動能，這是誤差的主要來源．
3、紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度．從而求出動能．根據(jù)功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

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．
操作不當?shù)�，故選：BC．
（2）在該實驗中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘減小的重力勢能總是稍稍大于重錘動能的增加量；若重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加量，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實驗過程的步驟中，沒有檢查打點計時器的兩個限位孔是否在同一條豎直線上，也會導致摩擦力太大；故C正確，ABD錯誤．
故選：C．
（3）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.0176J=0.172J．
利用勻變速直線運動的推論得：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.031-0.0078}{2×0.02}$=0.58m/s
△E_k=E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×1×0.5{8}^{2}$=0.168J
通過實驗得出的結(jié)論是：在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動能的增加量，即機械能守恒．
故答案為：（1）BC；（2）C；（3）0.168，0.172，在誤差允許的范圍內(nèi)重物的機械能守恒．

點評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒，熟練應用勻變速直線運動規(guī)律解決實驗問題；重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．