Question

20．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生電源，輸出電壓有交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對圖中紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．
（1）下列幾個操作步驟中：
A．按照圖示，安裝好實驗裝置；
B．將打點計時器接到電源的“交流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；
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是否等于增加的功能．
期中沒有必要的是C，操作錯誤的是D．（填步驟前相應(yīng)的字母）
（2）實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖2所示，其中0為第一個點，A、B、C為另外3個連續(xù)點，若使用的重錘質(zhì)量為m=0.1kg，當?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，已知打點計時器每隔0.02s打一次點，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知，紙帶的左端（填“左”或“右”）與重物相連，重物由O點運動到B點，重力勢能減少量△E₁=0.762J；動能增加量△E_k=0.759J，產(chǎn)生誤差的主要原因是：紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力等．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字，圖中長度單位：cm）

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，只有理解了這些才能真正了解具體實驗操作的含義．
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．

解答 解：（1）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．
（2）從O到C可以看出，相等時間內(nèi)的位移越來越大，則紙帶的左端與重物相連．重力勢能減小量為：△E_p=mgh=0.1×9.8×0.7776J=0.762J．
利用勻變速直線運動的推論有：v_B=$\frac{0.8576-0.7018}{2×0.02}$=3.895m/s
動能增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×0.1×（3.895）²=0.759J．
產(chǎn)生誤差的主要原因是紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力等．
故答案為：（1）C，D；（2）左，0.762，0.759，紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力等．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進行分析所需實驗器材、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果．運用運動學公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題．要注意單位的換算．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．