Question

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，可輸出電壓為6V的交流電或直流電．重錘拖著紙帶從高處由靜止開始下落，打點計時器在紙帶打出一系列的點．對紙帶上的點進行測量，通過計算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“交流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，再接通電源開關(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)果判斷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是

 

，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是

 

．（填選項前的字母）
（2）如圖2所示，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出點A距起始點O（靜止點）的距離為x₀，點A、C間的距離為x₁，點C、E間的距離為x₂，使用交流電的頻率為f，重錘的質(zhì)量記為m，重力加速度為g．從打O點到打C點過程中重錘動能的增加量為

 

，重力勢能的減小量為

 

．（用題中給出的物理量表示）

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，只有理解了這些才能真正了解具體實驗操作的含義．
2、本實驗需要驗證的是重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，根據(jù)下落的高度求出重力勢能的減小量，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瞬時速度的大小，從而求出動能的增加量．

解答：解：（1）B：將打點計時器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B正確．
C：因為我們是比較mgh、

1

2

mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要的．
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．
所以選：C；D．
（2）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點時小車的瞬時速度大小．
v_C=

x1+x2

4 f

=

(x1+x2)f

4

，
動能的增加量為△E_k=

1

2

mv_C²=

mf2(x1+x2)2

32

；
其中O點為打點計時器打下的第一個點，當(dāng)打點計時器打到C點時重錘的重力勢能比開始下落時減少 E_P=mgh=mg（x₀+x₁）；
故答案為：（1）C；   D；
（2）

mf2(x1+x2)2

32

；   mg（x₀+x₁）；

點評：只有明確了實驗原理以及實驗的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項實驗操作的具體含義，要熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓(xùn)練中要重點加強．