Question

10．用如圖甲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．質量為0.300kg的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，即可驗證機械能守恒定律．（g取9.8m/s²）

（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．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；
D．測量紙帶上某些點間的距離；
E．根據(jù)測量的結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，將其選項對應的字母填在下面的空行內，并說明其原因．
答：B，電火花和電磁計時器都使用交流電源；C，應先接通打點計時器電源后釋放重物
（2）實驗中得到如圖乙所示的紙帶，根據(jù)紙帶可得重錘從B點到D點的重力勢能減少量等于0.271J，動能增加量等于0.264J．（結果保留三位有效數(shù)）
（3）在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是由于實驗過程中摩擦阻力的存在產(chǎn)生誤差．

Answer 1

分析 對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
紙帶實驗中，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(jù)功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）①B、電火花和電磁計時器都使用交流電源．
②C、實驗時，應先接通打點計時器電源后釋放重物，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）重力勢能減小量為：
△E_p=mgh=0.300×9.8×（0.0442+0.0480）J=0.271  J．
利用勻變速直線運動的推論有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.0403+0.0442}{2×0.02}$=2.11m/s
v_D=$\frac{{x}_{CE}}{{t}_{CE}}$=$\frac{0.048+0.0518}{2×0.02}$=2.49m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$ mv_B²，
E_kD=$\frac{1}{2}$ mv_D²
△E_k=E_kD-E_kB=0.264J
（3）由于實驗過程中摩擦阻力的存在，重力勢能有一部分轉化給了摩擦阻力做功產(chǎn)生的內能．
故答案為：（1）①B，電火花和電磁計時器都使用交流電源；  ②C，應先接通打點計時器電源后釋放重物；
（2）0.271J，0.264J；
（3）由于實驗過程中摩擦阻力的存在產(chǎn)生誤差．

點評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉化的過程和能量守恒．
重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉化給了動能還有一部分轉化給摩擦產(chǎn)生的內能．