Question

20．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，輸出電壓有交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
（1）下列幾個(gè)操作步驟中：
A．按照?qǐng)D示，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；
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是否等于增加的功能．
期中沒有必要的是C，操作錯(cuò)誤的是D．（填步驟前相應(yīng)的字母）
（2）實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖2所示，其中0為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為另外3個(gè)連續(xù)點(diǎn)，若使用的重錘質(zhì)量為m=0.1kg，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一次點(diǎn)，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(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，重力勢能減少量△E₁=0.762J；動(dòng)能增加量△E_k=0.759J，產(chǎn)生誤差的主要原因是：紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(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．
紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測得紙帶上的點(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)速度和加速度，從而求出動(dòng)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?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，故C沒有必要．
D、開始記錄時(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，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，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錯(cuò)誤．
（2）從O到C可以看出，相等時(shí)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(yùn)動(dòng)的推論有：v_B=$\frac{0.8576-0.7018}{2×0.02}$=3.895m/s
動(dòng)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力等．

點(diǎn)評(píng) 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果．運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和動(dòng)能、重力勢能的定義式解決問題是該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)問題．要注意單位的換算．要知道重物帶動(dòng)紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．