Question

用如圖1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．重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量及相關(guān)計算，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”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)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．
其中沒有必要進行的或者操作不當?shù)牟襟E是

 

．
（2）若實驗中得到一條紙帶，數(shù)據(jù)如圖2，0是紙帶上的第一個點，1、2、3是紙帶上連續(xù)的三個點．當?shù)氐闹亓�加速度為g，打點計時器的周期為T．設(shè)重錘質(zhì)量為m．要驗證0至2的機械能守恒，則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為

 

．（用題中及圖中所給字母表示）

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、本實驗需要驗證的是重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，根據(jù)下落的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出瞬時速度的大小，從而求出動能的增加量．

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、

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：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(chǎn)生較大的誤差，故D錯誤．
故選：BCD．
（2）根據(jù)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，可以求出打紙帶上2點時小車的瞬時速度大�。�
v₂=

x13

t13

=

d3-d1

2T

，
動能的增加量為△E_k=

1

2

m

v

2 2

=

m(d3-d1)2

8T2

其中O點為打點計時器打下的第一個點，當打點計時器打到2點時重錘的重力勢能比開始下落時減少 E_P=mgh=mgd₂．
本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為mgd₂=

m(d3-d1)2

8T2

．
故答案為：（1）BCD
（2）mgd₂=

m(d3-d1)2

8T2

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，要熟練應用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓練中要重點加強．