Question

3．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，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量，即可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量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，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步驟是C，操作不當?shù)牟襟E是B．
（2）他進行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析，如圖2所示，其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數(shù)點．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，當打B點時重錘的速度為1.84m/s，計算出該點對應的$\frac{1}{2}{ν^2}$=1.69m²/s²，gh=1.74m²/s²，可認為在誤差范圍內存在關系式$\frac{1}{2}$v²=gh，即可驗證機械能守恒定律．（取g=9.6m/s²，f=50Hz）（結果均保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）通過實驗的原理確定需要測量的物理量，從而確定不需要的測量步驟．實驗時，打點計時器應接交流電源，先接通電源，再釋放紙帶；
（2）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，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．根據(jù)重力做功和重力勢能的關系可以求出重力勢能的減小量；勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此求出B點的速度，進一步可以求出重錘動能的增加量．

解答 解：（1）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沒有必要．
應將打點計時器接到電源的交流輸出端上，故B錯誤．
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，會對實驗產生較大的誤差，故D錯誤．
（2）勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=1.84m/s
對應的$\frac{1}{2}$v²=1.69 m²/s²，gh=1.74m²/s²，
可認為在誤差范圍內存在關系式 $\frac{1}{2}$v²=gh，即可驗證機械能守恒定律．
故答案為：（1）C，B； （2）1.84，1.69，1.74，$\frac{1}{2}$v²=gh．

點評 （1）解決本題的關鍵知道實驗的原理，通過原理確定所需測量的物理量，以及知道實驗中的注意事項，在平時的學習中，需加以總結；
（2）解答實驗問題的關鍵是明確實驗原理、實驗目的，了解具體操作，同時加強應用物理規(guī)律處理實驗問題的能力．