Question

16．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(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(jìn)行測量．即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額“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(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)氖荁CD．
（2）在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點，如圖2所示，相鄰記數(shù)點時間間隔為0.02s，長度單位是cm，g取9.8m/s²．求：
①打點計時器打下記數(shù)點B時，物體的速度V_B=3.89m/s（保留三位有效數(shù)字）；
②從點O到打下記數(shù)點B的過程中，物體重力勢能的減小量△E_P=7.62 J．動能的增加量△E_K=7.57 J（保留三位有效數(shù)字）；
③根據(jù)題中提供的條件，可求出重錘實際下落的加速度a=9.75m/s²．（保留三位有效數(shù)字）
（3）即使在實驗操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實驗測得的△E_P也一定略大于△E_K，這是實驗存在系統(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．存在摩擦阻力．

Answer 1

分析 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．
紙帶法實驗中，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和加速度，從而求出動能．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．由△x=aT²求加速度．

解答 解：（1）B、將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C、因為我們是比較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沒有必要
D、開始記錄時，應(yīng)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）①勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：
v_B=$\frac{0.8573-0.7018}{2×0.02}$=3.89m/s
②重力勢能減小量△E_p=mgh=1×9.8×0.7776 J=7.62 J．
動能的增加量△E_K=$\frac{1}{2}$mv_B²=7.57 J．
③根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=$\frac{0.8573-0.7776-（0.7776-0.7018）}{{（0.02）}^{2}}$=9.75m/s²，
（3）該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因是存在摩擦阻力．
故答案為：（1）BCD
（2）①3.89m/s
②7.62 J；7.57 J
③9.75m/s²
（3）存在摩擦阻力

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，通過原理確定所需測量的物理量，以及知道實驗中的注意事項，在平時的學(xué)習(xí)中，需加以總結(jié)．