Question

7．實(shí)驗(yàn)：
（1）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(kāi)始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：

A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；
E．測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的
重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能．
其中沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是C，
操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B．
（2）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點(diǎn)，如圖2所示．相鄰記數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，長(zhǎng)度單位是cm，g取9.8m/s²．
（a）計(jì)算與B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度時(shí)，V_b=0.973m/s；   
（b）從起始點(diǎn)O到打下記數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中，物體重力勢(shì)能的減小量△E_p=0.48J，動(dòng)能的增加量△E_k=0.47J（均保留兩位有效數(shù)字）；
（c）即使在操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實(shí)驗(yàn)測(cè)得的△E_P也一定略大于△E_K，這是實(shí)驗(yàn)存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因：紙帶通過(guò)時(shí)受到較大的阻力以及重錘受到的空氣阻力．．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和注意事項(xiàng)確定不正確和不必要的操作步驟．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量是否相等，兩端都有質(zhì)量，可以約去，所以不需要用天平測(cè)量質(zhì)量，故沒(méi)有必要的步驟是C．
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電源的“交流輸出”上，故操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B．
（2）（a）B點(diǎn)的瞬時(shí)速度${v}_=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{（7.02-3.13）×1{0}^{-2}}{0.04}$m/s=0.973m/s．
（b）從起始點(diǎn)O到打下記數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中，物體重力勢(shì)能的減小量△E_p=mgh=1×9.8×0.0486J≈0.48J，動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_}^{2}=\frac{1}{2}×1×0.97{3}^{2}$J≈0.47J．
（c）實(shí)驗(yàn)測(cè)得的△E_P也一定略大于△E_K，主要原因是紙帶通過(guò)時(shí)受到較大的阻力以及重錘受到的空氣阻力．
故答案為：（1）C，B；（2）0.973 m/s，0.48J，0.47J，紙帶通過(guò)時(shí)受到較大的阻力以及重錘受到的空氣阻力．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理以及注意事項(xiàng)，掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，會(huì)根據(jù)下降的高度求解重力勢(shì)能的減小量．