Question

【題目】用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學生電源，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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶的點痕進行測量，即可驗證機械能守恒定律。

（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”上；

C. 用天平測出重錘的質量；

D. 釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；

E. 測量紙帶上某些點間的距離；

F. 根據測量的結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。

其中沒有必要進行的或者操作不當的步驟，將其選項對應的字母填在下面的空行內，并說明其原因。

答：___________________________

（2）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數值。如圖所示，根據打出的紙帶，選取紙帶上的連續的五個點A、B、C、D、E，測出A距起始點O的距離為s0，點AC間的距離為s1，點CE間的距離為s2，使用交流電的頻率為f，根據這些條件計算重錘下落的加速度a＝_________。

（3）在用自由落體運動做“驗證機械能守恒定律”實驗中，用天平稱得重物的質量為，所用電源的頻率為50Hz，某同學通過正確的實驗操作得到了一條理想的紙帶。紙帶上打出的點如圖所示（紙帶上的O點是第一個打印點，A、B、C、D、E分別是每打兩個點的時間作為計時單位取的記數點，圖中數據單位為毫米），已知當地的重力加速度。選擇B點為初始點，D點為終點，則從打下B點到打下D點的過程中，重物的重力勢能的減少量為______J；重物動能的增加量為______J。

Answer 1

【答案】 （1）步驟B是錯誤的。應該接到電源的交流輸出端。步驟D是錯誤的，應該先接通電源，待打點穩定后再釋放紙帶。步驟C不必要，因為根據測量原理，重錘的動能和勢能中都包含了質量m，可以約去。 （2） （3）0.914； 0.908

【解析】（1）將打點計時器應接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．因為我們是比較mgh、 mv2的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平．故C錯誤．開始記錄時，應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，不利于數據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差．故D錯誤．
（2）根據 可知， .

（3）重物由B點運動到D點時，
重物的重力勢能的減少量△Ep=mgh=0.5×9.8×（0.3815-0.195）J=0.914J．
利用勻變速直線運動的推論: ，則EkB=mvB2=0.942 J
，則 EkD=mvD2=1.850 J，則△Ek=EkD-EkB=0.908 J