Question

8．在驗證機械能守恒定律的實驗中
（1）實驗步驟操作合理的順序排列是ADBCEF（填寫步驟前面的字母）．
A．將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上
B．接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落
C．取下紙帶，更換新紙帶（或將紙帶翻個面）重新做實驗
D．將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶
E．選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h₁，h₂，h₃…，h_n，計算出對應的瞬時速度v₁，v₂，v₃，…v_n
F．分別算出$\frac{1}{2}$mv_n²和mgh_n，在實驗誤差范圍內看是否相等
（2）某次應用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，質量m=1.00kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點．如圖所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取的三個連續(xù)點（其他點未畫出）．已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當地的重力加速度g=9.80m/s²．那么：

（1）紙帶的左端（選填“左”或“右”）與重物相連；
（2）根據圖上所得的數據，可以計算得從O點到B點，重物重力勢能減少量△E_p=1.88 J，動能增加量△E_k=1.84 J（結果取3位有效數字）；
（3）實驗的結論是：重物只受重力作用，在誤差允許范圍內，重物減小的重力勢能等于增加的動能，即機械能守恒．．

Answer 1

分析 （1）明確實驗原理，知道該實驗干什么，需要哪些方面的測量，然后合理安排實驗步驟，使其符合邏輯順序，便于操作和減小誤差；
（2）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．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值； 從而判斷機械能是否守恒．

解答 解：（1）根據先安裝設備，再進行實驗的整體思考，可知實驗步驟為：A、D、B、C、E、F．
故答案為：A、D、B、C、E、F．
（2）（1）從紙帶上可以看出0點為打出來的第一個點，速度為0，重物自由下落，初速度為0．所以紙帶的左端應與重物相連．
（2）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.1920 J≈1.88J．
利用勻變速直線運動的推論有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.2323-0.1555}{2×0.02}$=1.92m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1×1.92²≈1.84J
△E_k=E_kB-0=1.84 J
（3）由以上分析可知，重物只受重力作用，在誤差允許范圍內，重物減小的重力勢能等于增加的動能，即機械能守恒．在誤差允許范圍內，重物的機械能守恒．
故答案為：（1）ADBCEF；（2）：（1）左；（2）B；（3）1.88，1.84，（3）重物只受重力作用，在誤差允許范圍內，重物減小的重力勢能等于增加的動能，即機械能守恒．

點評 本題考查驗證機械能守恒定律的實驗；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；同時注意利用紙帶分析數據的方法．