Question

14．用如圖1所示的實驗裝置驗證機(jī)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)行測量驗證機(jī)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(jìn)行或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BCD．（將其選項對應(yīng)的字母填在橫線處）
（2）已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz．查得當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²．測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，每兩個計數(shù)點之間有四點未畫出，另選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，如圖2所示．經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50cm、86.00cm、130.50cm．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算出打B點時重物的瞬時速度v_B=4.00m/s；重物由O點運(yùn)動到B點，重力勢能減少了8.43J，動能增加了8.00J（保留3位有效數(shù)字）．并可得出的結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi)，重錘自由下落機(jī)械能守恒．

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．
（2）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B點的瞬時速度，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)B點的速度求出動能的增加量．

解答 解：（1）打點計時器應(yīng)接在電源的“交流輸出”上，故B操作不當(dāng)；
要驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，即驗證mgh=$\frac{1}{2}$mv²，質(zhì)量可以約去，所以不必要用天平測量重錘的質(zhì)量．故C不必要．
在實驗的操作中，應(yīng)先接通電源再釋放紙帶．故D操作不當(dāng)．
所以其中沒有必要進(jìn)行或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是：BCD．
（2）B點的瞬時速度v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{1.305-0.505}{0.2}$m/s=4.00m/s，
重物由O點運(yùn)動到B點，重力勢能減少了△E_p=mgh=1×9.8×0.86J=8.43J，
則動能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1×16J=8.00J．
在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘自由下落機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）BCD；（2）4.00，8.43，8.00，在誤差允許范圍內(nèi)，重錘自由下落機(jī)械能守恒．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，操作步驟以及注意的事項，掌握紙帶的處理，會通過紙帶求解瞬時速度和加速度．