Question

2．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始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
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)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)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)牟襟E，將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因．
步驟B是錯(cuò)誤的．理由是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源；
步驟C是錯(cuò)誤的．理由是在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平；
步驟D是錯(cuò)誤的．理由是應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源后釋放重物，由于重物運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）利用這個(gè)裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．如圖2所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A距起始點(diǎn)O的距離為s₀，點(diǎn)AC間的距離為s₁，點(diǎn)CE間的距離為s₂，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計(jì)算：AE間所用的時(shí)間為$\frac{4}{f}$設(shè)O點(diǎn)處的重力勢能為0，OA段的重力勢能E_P為mgs₀；C點(diǎn)的速度為$\frac{{{f（s}_{1}+s}_{2}）}{4}$；C點(diǎn)的動能E_k為$\frac{{{mf}^{2}（{{s}_{1}+s}_{2}）}^{2}}{32}$；如果在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，E_P=E_k，說明了OC過程重物的機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 對于實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚．
紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)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．

解答 解：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，故B中將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上錯(cuò)誤，應(yīng)該使用交流電源；
步驟C是錯(cuò)誤的，在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平．
步驟D是錯(cuò)誤的，實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源后釋放重物，由于重物運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）使用交流電的頻率為f，所以AE間所用的時(shí)間為t=$\frac{4}{f}$，
設(shè)O點(diǎn)處的重力勢能為0，OA段的重力勢能E_P=mgs₀，
利用勻變速直線運(yùn)動的推論得：
v_C=$\frac{{{f（s}_{1}+s}_{2}）}{4}$，
E_kC=$\frac{1}{2}$mv_C²=$\frac{{{mf}^{2}（{{s}_{1}+s}_{2}）}^{2}}{32}$，
如果在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，E_P=E_k，說明了OC過程重物的機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）B、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源；
C、在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平
D、應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源后釋放重物，由于重物運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）$\frac{4}{f}$；mgs₀；$\frac{{{f（s}_{1}+s}_{2}）}{4}$；$\frac{{{mf}^{2}（{{s}_{1}+s}_{2}）}^{2}}{32}$；機(jī)械能

點(diǎn)評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒，熟練應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題；重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．