Question

2．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，對紙帶的點痕進行測量，即可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“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．
其中沒有必要進行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因．
步驟B是錯誤的．理由是打點計時器使用的是交流電源；
步驟C是錯誤的．理由是在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，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；
步驟D是錯誤的．理由是應(yīng)先接通打點計時器電源后釋放重物，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）利用這個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)的五個點A、B、C、D、E，測出A距起始點O的距離為s₀，點AC間的距離為s₁，點CE間的距離為s₂，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計算：AE間所用的時間為$\frac{4}{f}$設(shè)O點處的重力勢能為0，OA段的重力勢能E_P為mgs₀；C點的速度為$\frac{{{f（s}_{1}+s}_{2}）}{4}$；C點的動能E_k為$\frac{{{mf}^{2}（{{s}_{1}+s}_{2}）}^{2}}{32}$；如果在實驗誤差范圍內(nèi)，E_P=E_k，說明了OC過程重物的機械能守恒．

Answer 1

分析 對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
紙帶實驗中，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．

解答 解：（1）打點計時器使用的是交流電源，故B中將打點計時器接到電源的“直流輸出”上錯誤，應(yīng)該使用交流電源；
步驟C是錯誤的，在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，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．
步驟D是錯誤的，實驗時，應(yīng)先接通打點計時器電源后釋放重物，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，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間所用的時間為t=$\frac{4}{f}$，
設(shè)O點處的重力勢能為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=$\frac{{{mf}^{2}（{{s}_{1}+s}_{2}）}^{2}}{32}$，
如果在實驗誤差范圍內(nèi)，E_P=E_k，說明了OC過程重物的機械能守恒．
故答案為：（1）B、打點計時器使用的是交流電源；
C、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，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
D、應(yīng)先接通打點計時器電源后釋放重物，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）$\frac{4}{f}$；mgs₀；$\frac{{{f（s}_{1}+s}_{2}）}{4}$；$\frac{{{mf}^{2}（{{s}_{1}+s}_{2}）}^{2}}{32}$；機械能

點評 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)用勻變速直線運動規(guī)律解決實驗問題；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．