Question

15．用如圖甲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(xué)生電源，有輸出電壓為6V、頻率為50Hz的交流電和輸出電壓為6V的直流電兩種．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，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．（g=9.8m/s²）
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．將打點計時器接到輸出電壓為6V的直流電上；
C．松開手釋放紙帶，然后接通電源開關(guān)，打出一條紙帶；
D．更換紙帶重做幾次，選擇清晰的紙帶進行測量；
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．

（1）指出其中操作不當(dāng)?shù)膬蓚�步驟，將其對應(yīng)的字母序號填在右邊的橫線處B：打點計時器應(yīng)該使用交流電；C：應(yīng)該先通電再釋放紙帶．
（2）實驗中得到如圖乙所示的紙帶，根據(jù)紙帶可計算得知，重錘從B點到D點過程中重力勢能減少量等于0.271J．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘動能的增加量，其原因主要是實驗過程中存在摩擦阻力．

Answer 1

分析 （1）對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
（2）紙帶實驗中，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．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）重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢能不可能全部轉(zhuǎn)化為動能，這是誤差的主要來源．

解答 解：（1）B、打點計時器使用的是交流電源，故B中將打點計時器接到電源的“直流輸出”上錯誤，應(yīng)該使用交流電源；
C、實驗時，應(yīng)先接通打點計時器電源后釋放重物，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理．
（2）重錘從B點到D點過程中重力勢能減少量：△EP=mg△h=0.3×9.8×（4.42+4.80）×10-2=0.271J
（3）在該實驗中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘減小的重力勢能總是稍稍大于重錘動能的增加量；若重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加量，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實驗過程的步驟A中，沒有檢查打點計時器的兩個限位孔是否在同一條豎直線上，導(dǎo)致摩擦力太大，應(yīng)該是導(dǎo)致誤差太大的主要原因．
故答案為：（1）B：打點計時器應(yīng)該使用交流電；C：應(yīng)該先通電再釋放紙帶；
（2）0.271；
（3）實驗過程中存在摩擦阻力．

點評 （1）打點計時器的使用的幾個注意事項，是和它有關(guān)的實驗中的重點之一，像該題中，打點計時器的使用的幾個注意事項都存在一定的問題；
（2）計算重錘在B點的速度和在D點的速度，要使用到紙帶的數(shù)據(jù)處理的方法，即：某段過程中的中點時刻的即時速度，等于該段時間內(nèi)的平均速度．
（3）該考題涉及的知識點較多，計算較簡單，屬于中檔題目．