Question

6．實驗裝置如圖1所示，讓重錘拖動紙帶自由下落，通過打點計時器打下一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量、分析和計算處理，即可驗證重錘下落過程機械能是否守恒．
（1）下面列舉了驗證機械能守恒定律實驗的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝實驗器材；
B．將打點計時器接到學(xué)生電源輸出電壓為6V的“直流輸出”擋；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放紙帶，然后立刻接通電源，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(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能與增加的動能的關(guān)系．
其中沒有必要進(jìn)行的步驟是C，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BD．
（2）如圖2所示是某次實驗打出的一條紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離分別為：x₀=62.99cm，x₁=7.19cm，x₂=7.58cm，x₃=7.97cm，x₄=8.36cm所用電源的頻率f=50Hz，重鍾的質(zhì)量m=1.00kg，查得當(dāng)?shù)刂亓�加速度g=9.80m/s²．
①重錘由O點運動到D點，重力勢能的減少量等于8.40J，動能的增加量等于8.33J （保留三位有效數(shù)字），實驗結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過程機械能守恒．
②重錘從O點運動到D點的過程中受到的平均阻力約為0.05N N．

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，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．
（2）根據(jù)重力做功和重力勢能的關(guān)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C點的速度，進(jìn)一步可以求出重錘動能的增加量；利用勻變速直線運動的推理△x=aT²可以求出重錘下落的加速度大小也可以利用機械能守恒定律的表達(dá)式求出加速度的大�。�

解答 解：（1）B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，操作不當(dāng)．
C：因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
D、應(yīng)該先接通電源再釋放紙帶，故D錯誤，操作不當(dāng)．
故答案為：C，BD．
（2）①重力勢能的減小量等于重力做功大小，故有：
△E_P=mg（x₀+x₁+x₂+x₃）=8.40 J
由題意可知，各個點之間的時間間隔為T=$\frac{1}{f}$=0.02s，
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D點的速度大小為：
v_D=$\frac{{{x}_{3}+x}_{4}}{2T}$
所以動能的增量為：
△E_K=$\frac{1}{2}$m${v}_{D}^{2}$-0=8.33 J
實驗結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過程機械能守恒
②重錘下落時做勻加速運動，
采用逐差法求解加速度．
x₃-x₁=2a₁T²，
x₄-x₂=2a₂T²，
a=$\frac{1}{2}$（a₁+a₂）=9.75m/s²．
根據(jù)牛頓第二定律得F_合=mg-f=ma
f=mg-ma=0.05 N
故答案為：
（1）C　BD
（2）①8.40 J；　8.33 J；　在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘下落過程機械能守恒�、�0.05N

點評 解答實驗問題的關(guān)鍵是明確實驗原理、實驗?zāi)康�，了解具體操作，要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習(xí)中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．