Question

6．某同學用重鍾做“驗證機械能守恒定律”的實驗．讓重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器就在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量，即可驗證機械能守恒定律．

（1）下面是本實驗的幾個操作步驟，請在橫線上填寫合適的文字．
A．圖1中圖乙 （選填“甲”或“乙”）所示安裝方案更好一些，按此示意圖組裝實驗器材；
B．將打點計時器接到交流（選填“直流”或“交流”）電源上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量m=1.00kg；
D．釋放紙帶，然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．重復步驟D多次，得到多條紙帶．
在以上實驗步驟中，操作不當?shù)氖荄（選填步驟前的字母）．
（2）數(shù)據(jù)處理
F．實驗中用打點計時器打出的紙帶如圖2所示，其中，A為打下的第1個點，B、C、D、E為距A較遠的連續(xù)選取的四個點（其他點未標出）．用刻度尺量出B、C、D、E、到A的距離分別為s₁=62.99cm，s₂=70.18cm，s₃=77.76cm，s₄=85.73cm重錘的質(zhì)量為m=1.00kg；電源的頻率為f=50Hz；
G．實驗地點的重力加速度為g=9.80m/s²．
為了驗證打下A點到打下D點過程中重錘的機械能守恒．則應(yīng)計算出：（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
①打下D點時重錘的速度v_D=3.89 m/s；
②a重錘重力勢能的減少量△E_p=7.62J；
③重錘動能的增加量△E_k=7.57J．
④根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，重錘從靜止開始到打出D點的過程中，得到的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒．

Answer 1

分析 根據(jù)驗證機械能守恒定律的原理及實驗方法選取合理的方案；打點計時器使用交流電源；必須先接通電源后釋放紙帶．
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D點的速度，從而得出動能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量．

解答 解：（1）A、在用自由落體“驗證機械能守恒定律”時，我們是利用自由下落的物體帶動紙帶運動，通過打點計時器在紙帶上打出的點求得動能及變化的勢能；對于方案乙，能確保紙帶處于豎直面上，所以乙所示安裝方案更好一些．
B、將打點計時器接到交流電源；
以上操作步驟中，不確當?shù)氖荄，應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶．
（2）D點的瞬時速度${v}_{D}=\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}=\frac{（85.73-70.18）×1{0}^{-2}}{0.04}m/s$=3.89m/s，則重錘動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{D}}^{2}=\frac{1}{2}×1×3.8{9}^{2}$=7.57J．
重力勢能的減小量△E_p=mgs₃=1×9.8×0.7776J=7.62J．
根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，重錘從靜止開始到打出D點的過程中，得到的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒．
故答案為：（1）乙，交流，D          
（2）①3.89②7.62③7.57④在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒

點評 考查驗證機械能守恒定律實驗器材，在記憶實驗器材時要注意結(jié)合實驗原理及方法來記憶．要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．知道能夠減小實驗誤差的方法．關(guān)鍵掌握實驗的原理，以及掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度和加速度．