Question

16．用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)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(kāi)始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶
E．測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能
是否等于增加的動(dòng)能．
其中沒(méi)有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BCD（將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A距起始點(diǎn)O的距離為s₀=11.13cm，點(diǎn)AC間的距離為s₁=6.56cm，點(diǎn)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(dāng)?shù)刂亓�加速度為g=9.8m/s²，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度v_C=1.83m/s，從O點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程中，動(dòng)能的增加量△E_k=3.35J，重力勢(shì)能的變化量為△E_P=3.47J（以上3空結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）
（3）利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值．根據(jù)紙帶計(jì)算重錘下落的加速度a=9.63m/s²．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有理解了這些才能真正了解具體實(shí)驗(yàn)操作的含義．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出C點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，結(jié)合下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量．
（3）根據(jù)連續(xù)相等時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B錯(cuò)誤．
C：因?yàn)槲覀兪潜容^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錯(cuò)誤．
D：開(kāi)始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開(kāi)紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故D錯(cuò)誤．
故選：BCD．
（2）C點(diǎn)的瞬時(shí)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(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程中，動(dòng)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(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)到C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi)，
重物的重力勢(shì)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(diǎn)評(píng) 只有明確了實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測(cè)量，才能明確各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作的具體含義，這點(diǎn)要在平時(shí)訓(xùn)練中加強(qiáng)練習(xí)．
解決本題的關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理，即驗(yàn)證系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等，掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度．