Question

9．驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器接在電壓為6V、頻率為50Hz的交流電源上，自由下落的重物質量為1kg，一條理想的紙帶的數據如圖所示，單位cm，g取10m/s²，O是打的第一個點，O、A之間有幾個點沒畫出：

（1）下列說法中正確的是AC
A．先接通電源，后釋放紙帶
B．使用電磁電磁打點計時器時候要使用4-6V的直流電源
C．該實驗可以缺少秒表和天平兩種器材
D．利用刻度尺可以測量出下落高度h，則該點速度為$\sqrt{2gh}$
（2）從起點O到打下計數點B的過程中，重力勢能的減少量△E_P=0.50J，此過程中物體動能的增加量△E_K=0.48J．
（3）造成△E_P＞△E_K（填“＞、=、＜”），其不相等的主要原因是原因是紙帶與限位孔的摩擦和空氣的阻力．

Answer 1

分析 從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
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．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．該實驗的誤差主要來源于紙帶和打點計時器的摩擦以及空氣阻力的存在．

解答 解：（1）A、先接通電源，后釋放紙帶，否則紙帶不能充分利用，故A正確；
B．使用電磁電磁打點計時器時候要使用4-6V的交流電源，而不是直流電源，故B錯誤；
C．該實驗不需要秒表和天平兩種器材，故C正確；
D．利用刻度尺可以測量出下落高度h，然而該點速度不能為$\sqrt{2gh}$，否則不是實驗驗證，卻變成理論推導，故D錯誤；
故選AC；
（2）根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度有：
V_B=$\frac{{X}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0706-0.0314}{2×0.02}$m/s=0.98m/s，
動能變化量：△E_K=$\frac{1}{2}$m${V}_{B}^{2}$=0.48J
根據功能關系可知，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=mgh=1.0×10×0.05J=0.50J
（3）由（2）可知重力勢能的減小量大于動能的增加量，其原因是物體下落過程中存在阻力．
故答案為：（1）AC； （2）0.50；0.48；（3）＞；原因是紙帶與限位孔的摩擦和空氣的阻力．

點評 運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題，對于驗證實驗，我們有時也需要實驗原理、測量數據等各個方面分析產生誤差的原因．