Question

10．如圖甲所示，在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)所用的電源電壓為6V的交流電和直流電兩種．重物質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示，把第一個(gè)點(diǎn)記做O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，兩相鄰測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間間隔為A_t．

（1）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．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶；
E．用刻度尺測(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)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BCD．（將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線處）
（2）經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D個(gè)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為S₁、S₂、S₃、S₄，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度v_c=$\frac{{S}_{4}-{S}_{2}}{2△t}$；重物重力勢(shì)能的減少量△E_P=mgS₃；重物動(dòng)能的增加量△E_k=$\frac{m（{S}_{4}-{S}_{2}）^{2}}{8△{t}^{2}}$．（用題中給出的符號(hào)表示）．
（3）由于實(shí)驗(yàn)中存在阻力作用，重物動(dòng)能的增加量△E_k總是略小于重力勢(shì)能的減少量等于△E_P（填大于、等于或小于）．

Answer 1

分析 1、解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有理解了這些才能真正了解具體實(shí)驗(yàn)操作的含義．
2、紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度．從而求出動(dòng)能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢(shì)能減小量等于重力做功的數(shù)值．
3、該實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)源于紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦以及空氣阻力的存在．

解答 解：（1）B、應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的交流輸出端上，故B操作不恰當(dāng)；
C、根據(jù)減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能，則等式中質(zhì)量可約去，因此不需要用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量，故C操作不需要；
D、開(kāi)始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果同時(shí)，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差．故D操作不恰當(dāng)．
沒(méi)有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是：BCD．
（2）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得：
v_C=$\frac{{S}_{4}-{S}_{2}}{2△t}$
重物重力勢(shì)能減少量△E_p=mgh=mgS₃
動(dòng)能增加量等于△E_k=$\frac{1}{2}$m${v}_{C}^{2}$-0=$\frac{m（{S}_{4}-{S}_{2}）^{2}}{8△{t}^{2}}$，
（3）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中有阻力作用，所以增加的動(dòng)能略小于減小的重力勢(shì)能．
故答案為：（1）BCD；（2）$\frac{{S}_{4}-{S}_{2}}{2△t}$，mgS₃，$\frac{m（{S}_{4}-{S}_{2}）^{2}}{8△{t}^{2}}$；（3）小于．

點(diǎn)評(píng) 只有明確了實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測(cè)量，才能明確各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作的具體含義，這點(diǎn)要在平時(shí)訓(xùn)練中加強(qiáng)練習(xí)．當(dāng)物體機(jī)械能守恒時(shí)，分析清楚各個(gè)物理量之間的關(guān)系，要找物理量之間的關(guān)系一定要推導(dǎo)出它們的關(guān)系式．