Question

11．用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，打點計時器在重物托著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．

（1）下列列舉了該實驗的幾個操作步驟
A．按照圖1所示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接上交流電源上；
C．用天平測量出重物的質量；
D．先接通電源，再松手釋放紙帶；
E．選擇合適的紙帶，測量打出的紙帶上某點到第一點之間的距離；
F．根據v²=2gh，算出所研究點的瞬時速度；
G．根據測量的結果計算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能
上述操作中沒有必要進行的或者錯誤的步驟有CF（填入相應的字母）．
（2）若實驗中所用重物質量為1.00kg，打出的紙帶如圖2所示（O點為開始下落點，O點與A點間其他點未畫出），對應數(shù)值表示該點到O點的距離，打點的時間間隔為0.02s，則從O點開始下落起至B點，動能的增加量△E_k=4.50J．（結果取3位有效數(shù)字）
（3）在誤差允許的范圍內，若重力勢能的減少量△E_p與動能的增加量△E_k近似相等，即可驗證機械能守恒定律，實驗中即使沒有明顯錯誤，也總能得到△E_p＞△E_k（選填“＞”“＜”或“=”），造成這種系統(tǒng)誤差的原因是運動過程中受到阻力．

Answer 1

分析 （1）根據實驗的原理和操作中的注意事項確定不需要和錯誤的操作步驟．
（2）根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的速度，從而得出動能的增加量．
（3）由于阻力的存在，實驗中重力勢能的減小量大于動能的增加量．

解答 解：（1）實驗中驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，兩端都有質量，可以約去，所以不需要用天平測量重物的質量，故C不需要．
根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求解研究點的瞬時速度，不能通過v²=2gh求解瞬時速度，否則運用機械能守恒驗證機械能守恒，就沒有意義了，故F錯誤．
故選：CF．
（2）B點的瞬時速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.5319-0.4119}{0.04}$m/s=3.0m/s，則動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×9J=4.50J$．
（3）由于運動過程中受到阻力作用，使得重力勢能的減小量一部分轉化為內能，實驗中即使沒有明顯錯誤，也總能得到△E_p＞△E_k．
故答案為：（1）CF，（2）4.50，（3）＞，運動過程中受到阻力．

點評 解決本題的關鍵知道實驗的原理以及操作中的注意事項，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量，會根據下降的高度求出重力勢能的減小量，計算時注意有效數(shù)字的保留，以及單位的換算．