Question

5．用如圖甲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．現(xiàn)讓重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，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端上．
C．用天平測量出重錘的質量．
D．先打開懸掛紙帶的夾子，后接通電源開關打出一條紙帶．
E．測量打出的紙帶上某些點之間的距離．
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．
指出其中沒有必要進行的操作或者操作不恰當?shù)牟襟E，將其選項對應的字母填在下面的空行內．B、C、D．
（2）實驗小組選出一條紙帶如圖乙所示，其中O點為打點計時器打下的第一個點，A、B、C為三個計數(shù)點，在計數(shù)點A和B、B和C之間還各有一個點，測得h₁=12.01cm，h₂=20.20cm，h₃=27.86cm．打點計時器通以50Hz的交流電．根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當打點計時器打到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了1.98mJ；此時重錘的動能比開始下落時增加了1.96mJ，（重錘質量為m kg，g取9.8m/s²）

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）紙帶法實驗中，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、$\frac{1}{2}$gt²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，會對實驗產生較大的誤差，故D錯誤．
故選：BCD．
（2）根據(jù)重力做功和重力勢能之間的關系有可知當打點計時器打在B點時，重錘的重力勢能的減少量為：
△E_P=mgh₂=1.98mJ 
利用勻變速直線運動的推論，可知：
v_B=$\frac{{h}_{AC}}{4T}$=$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{4T}$=1.98m/s
△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{B}^{2}$=$\frac{1}{2}×m×1.9{8}^{2}$=1.96mJ
故答案為：（1）B、C、D；（2）1.98m，1.96m．

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以及正確進行數(shù)據(jù)處理，這點要在平時訓練中加強練習．