Question

20．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始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時器打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，已知重力加速度為g，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
①下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時器接到電源的直流輸出端上；
C．用天平測量出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動能．
其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是BCD（填寫選項(xiàng)對應(yīng)的字母）

②如圖2所示是實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，將起始點(diǎn)記為O，并在離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的任意點(diǎn)依次選取6個連續(xù)的點(diǎn)，分別記為A、B、C、D、E、F，量出與O點(diǎn)的距離分別為h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆，使用交流電的周期為T，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則在打E點(diǎn)時重錘的動能為$\frac{{m{{（{h_6}-{h_4}）}^2}}}{{8{T^2}}}$，在打O點(diǎn)和E點(diǎn)這段時間內(nèi)的重力勢能的減少量為mgh₅．
③在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于（填“大于”或“小于”）重錘增加的動能，主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用，為了測定阻力大小，可算出②問中紙帶各點(diǎn)對應(yīng)的速度，分別記為v₁至v₆，并作v_n²-h_n圖象，如圖3所示，直線斜率為k，則可測出阻力大小為$m（g-\frac{k}{2}）$．

Answer 1

分析 ①解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(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紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．
③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．

解答 解：①B、將打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
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錯誤．
D、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．開始記錄時，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時器通電打點(diǎn)，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時時器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差．故D錯誤．故選：BCD．
②根據(jù)勻變速運(yùn)動E點(diǎn)的速度${v_E}=\frac{{{h_6}-{h_4}}}{2T}$，所以E點(diǎn)的動能${E_K}=\frac{1}{2}mv_E^2=\frac{{m{{（{h_6}-{h_4}）}^2}}}{{8{T^2}}}$，重力勢能減小量△E_p=mgh₅
③因?yàn)榇嬖诳諝庾枇�和限位孔的摩擦力，所以重力勢能的減小量總大于動能的增加量；根據(jù)動能定理$mg{h_n}-f{h_n}=\frac{1}{2}mv_n^2$，得$f=mg-\frac{1}{2}m\frac{v_n^2}{h_n}=mg-\frac{1}{2}mk=m（g-\frac{k}{2}）$
故答案為：①BCD  ②$\frac{{m{{（{h_6}-{h_4}）}^2}}}{{8{T^2}}}$mgh₅③大于 $m（g-\frac{k}{2}）$

點(diǎn)評 本題考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模�了解具體操作，掌握勻變速直線運(yùn)動規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，要提高應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實(shí)驗(yàn)問題的能力．