Question

用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A、用天平稱出重錘和夾子的質(zhì)量；
B、將電火花計(jì)時(shí)器接到直流電源上；
C、釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)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)測量結(jié)果計(jì)算重錘下落過程減少的重力勢能是否等于增加的動能．
以上步驟中，不必要的步驟是

A

；有錯(cuò)誤的步驟是

BC

（填寫代表字母）；更正情況是：

電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)該接到交流電源上

；

先接通電源再釋放懸掛紙帶的夾子

．
（2）從 實(shí)驗(yàn)中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶，如圖所示，選取紙帶上打出的連續(xù)5個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起始點(diǎn)的距離為x₀=12.42cm，點(diǎn)AC間的距離為x₁=7.18cm，點(diǎn)CE間的距離為x₂=8.33cm，已知重錘的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g=9.80m/s²，電源的頻率為f=50Hz，則：起始點(diǎn)O到打下C點(diǎn)的過程中，重錘重力勢能的減少量為△E_p=

1.92m

J，重錘動能的增加量為△E_k=

1.88m

J．（保留3位有效數(shù)字）．
（3）根據(jù)（2）中提供的條件，還可利用重錘下落測出當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g_測=

(x2-x1)f2

4

（填寫表達(dá)式）=

7.19

m/s² （保留3位有效數(shù)字）．經(jīng)過計(jì)算可知，測量值比當(dāng)?shù)刂亓�加速度的真�?shí)值要小，其主要原因是：

由于紙帶與限位孔之間摩擦力作用、重物受到空氣阻力等影響

．

Answer 1

分析：（1）解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有理解了這些才能真正了解具體實(shí)驗(yàn)操作的含義．
（2）紙帶法實(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(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)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．
（3）由△x=aT²求解加速度．實(shí)驗(yàn)中存在各種阻力，使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差．

解答：解：（1）以上步驟中，不必要的步驟是：A、因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、

1

2

mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，
有錯(cuò)誤的步驟的是：B、將電火花計(jì)時(shí)器接到直流電源上，應(yīng)該接到交流電源上，
C、開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，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(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，
（2）重力勢能的減小量等于重力所做功的大小，
因此有：△E_p=W=mgx=mg（X₀+X₁）=1.92m；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小等于該過程中的平均速度大小，因此有：
v_c=

xBD

tBD

=1.94m/s
動能的增量為：△Ek=

1

2

m

v

2 C

-0=1.88m
（3）由X₂-X₁=aT²，得
          g=

(x2-x1)f2

4

=7.19m/s²．
      由于紙帶與限位孔之間摩擦力作用、重物受到空氣阻力等影響，g測量值比當(dāng)?shù)刂亓�加速度的真�?shí)值要小．
故答案為：（1）A，BC，電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)該接到交流電源上，先接通電源再釋放懸掛紙帶的夾子．
（2）1.92m，1.88m，
（3）

(x2-x1)f2

4

，7.19，由于紙帶與限位孔之間摩擦力作用、重物受到空氣阻力等影響．

點(diǎn)評：只有明確了實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作的具體含義，這點(diǎn)要在平時(shí)訓(xùn)練中加強(qiáng)練習(xí)．