Question

19．用如圖1所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律．實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點跡進(jìn)行測量，已知重力加速度為g，即可驗證機(jī)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直流輸出端上；
C．用天平測量出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測量打出的紙帶上某些點之間的距離；
F．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在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動能．
其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是BCD（填寫選項對應(yīng)的字母）

②如圖2所示是實驗中得到一條紙帶，將起始點記為O，并在離O點較遠(yuǎn)的任意點依次選取6個連續(xù)的點，分別記為A、B、C、D、E、F，量出與O點的距離分別為h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆，使用交流電的周期為T，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則在打E點時重錘的動能為$\frac{m（{h}_{6}-{h}_{4}）^{2}}{8{T}^{2}}$，在打O點和E點這段時間內(nèi)的重力勢能的減少量為mgh₅．
③在本實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于（填“大于”或“小于”）重錘增加的動能，主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用，為了測定阻力大小，可算出②問中紙帶各點對應(yīng)的速度，分別記為v₁至v₆，并作v${\;}_{n}^{2}$-h_n圖象，如圖3所示，直線斜率為k，則可測出阻力大小為m（g-$\frac{k}{2}$）．

Answer 1

分析 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．
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(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：①B、將打點計時器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C、因為我們是比較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錯誤．
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．
故選：BCD．
②在打O點和E點這段時間內(nèi)的重力勢能的減少量△E_p=mgh₅．
利用勻變速直線運動的推論v_E=$\frac{{h}_{DF}}{{t}_{DF}}$=$\frac{{h}_{6}-{h}_{4}}{2T}$
E_kE=$\frac{1}{2}$mv_E²=$\frac{m（{h}_{6}-{h}_{4}）^{2}}{8{T}^{2}}$．
③在本實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其原因主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用；
重錘下落過程中，受到重力和阻力作用，根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F=ma 
重錘在下落過程中受到的平均阻力的大小F=m（g-a）=mg-m$\frac{{v}_{n}^{2}}{2{h}_{n}}$=m（g-$\frac{k}{2}$）．
故答案為：①BCD；  ②$\frac{m（{h}_{6}-{h}_{4}）^{2}}{8{T}^{2}}$，mgh₅；    ③大于，m（g-$\frac{k}{2}$）．

點評 明確實驗原理、實驗?zāi)康�，了解具體操作，掌握勻變速直線運動規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實驗中的應(yīng)用，要提高應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實驗問題的能力．