Question

16．在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中：
①下面列舉了該實驗的幾個操作步驟，其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是：AB
A．將打點計時器接到電源的直流輸出端上
B．用天平測量出重錘的質(zhì)量
C．接通電源開關(guān)，等打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶，打出一條紙帶
D．測量打出的紙帶上某些點之間的距離，根據(jù)測量的結(jié)果驗證減少的重力勢能是否等于增加的動能
②某同學(xué)用圖1所示裝置進(jìn)行實驗，得到如圖2所示的紙帶．測出點A、C間的距離為14.77cm，點C、E間的距離為16.33cm，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度�?.8m/s²，重錘的質(zhì)量為m=1.0kg，打點計時器使用頻率為50H_Z的交流電．則重錘在下落過程中受到的平均阻力大小f=0.05 N．

③某同學(xué)完成的實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，則出現(xiàn)這一問題的原因可能是BC（填序號）
A．重錘的質(zhì)量測量錯誤
B．該同學(xué)自編了實驗數(shù)據(jù)
C．交流電源的頻率不等于50Hz
D．重錘下落時受到的阻力過大．

Answer 1

分析 ①實驗中，打點計時器使用的是交流電源，不能使用直流電，實驗時，應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶．根據(jù)實驗的原理知，本實驗驗證動能增加量和重力勢能的減小量是否相等，質(zhì)量可以約去，不需要測量質(zhì)量．
②紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點時紙帶運(yùn)動的瞬時速度．從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．
③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應(yīng)將打點計時器接到電源的交流輸出端上，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AB錯誤．
開始記錄時，應(yīng)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，若先接通電源，重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差．故CD正確．
本題選沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，故選：AB．
②物體下落的加速度a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$=$\frac{0.1633-0.1477}{0.0{4}^{2}}$=9.75m/s²，
根據(jù)牛頓第二定律可以得到mg-f=ma，所以f=mg-ma=m（g-a）=1×（9.8-9.75）N=0.05N，
③實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，說明測量的物體的速度偏大或者是物體的重力勢能偏小，
A、由mgh=$\frac{1}{2}$mv²可知，重錘的質(zhì)量與實驗的數(shù)據(jù)無關(guān)，所以重錘的質(zhì)量測量錯誤 不會影響實驗的數(shù)據(jù)，所以A錯誤；
B、在計算中，該同學(xué)自編了實驗數(shù)據(jù)，則物體的動能可能偏大，所以B正確；
C、交流電源的頻率不等于50H_Z．此時點之間的時間間隔不是0.02s，所以此時的測量的速度可能會大于真實的數(shù)值，導(dǎo)致重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，所以C正確；
D、重錘下落時受到的阻力過大，會使物體的速度減小，不會使物體的動能變大，所以D錯誤．
故答案為：①AB；②0.05N；③BC．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，知道重錘的質(zhì)量可以不測，打點計時器使用交流電源，實驗時應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶．
紙帶問題的處理時力學(xué)實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點時紙帶運(yùn)動的瞬時速度和加速度．