Question

10．用如圖甲所示的實(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，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．質(zhì)量為0.300kg的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(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．（g取9.8m/s²）

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
D．測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
E．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(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因．
答：B，電火花和電磁計時器都使用交流電源；C，應(yīng)先接通打點(diǎn)計時器電源后釋放重物
（2）實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的紙帶，根據(jù)紙帶可得重錘從B點(diǎn)到D點(diǎn)的重力勢能減少量等于0.271J，動能增加量等于0.264J．（結(jié)果保留三位有效數(shù)）
（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是由于實(shí)驗(yàn)過程中摩擦阻力的存在產(chǎn)生誤差．

Answer 1

分析 對于實(shí)驗(yàn)，我們要從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾點(diǎn)去搞清楚．
紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度．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）①B、電火花和電磁計時器都使用交流電源．
②C、實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)先接通打點(diǎn)計時器電源后釋放重物，由于重物運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）重力勢能減小量為：
△E_p=mgh=0.300×9.8×（0.0442+0.0480）J=0.271  J．
利用勻變速直線運(yùn)動的推論有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.0403+0.0442}{2×0.02}$=2.11m/s
v_D=$\frac{{x}_{CE}}{{t}_{CE}}$=$\frac{0.048+0.0518}{2×0.02}$=2.49m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$ mv_B²，
E_kD=$\frac{1}{2}$ mv_D²
△E_k=E_kD-E_kB=0.264J
（3）由于實(shí)驗(yàn)過程中摩擦阻力的存在，重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化給了摩擦阻力做功產(chǎn)生的內(nèi)能．
故答案為：（1）①B，電火花和電磁計時器都使用交流電源；  ②C，應(yīng)先接通打點(diǎn)計時器電源后釋放重物；
（2）0.271J，0.264J；
（3）由于實(shí)驗(yàn)過程中摩擦阻力的存在產(chǎn)生誤差．

點(diǎn)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．
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．