Question

13．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．打點計時器的頻率為50HZ，紙帶上的計數(shù)點為打下的相鄰的點．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，對紙帶上的點痕進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律．（g取9.8m/s²）

（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．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
D．測量紙帶上某些點間的距離；
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．
將其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因．
①B改交流
②C改先通電再釋放紙帶
（2）實驗中得到如圖2所示的紙帶，根據(jù)紙帶可得重錘從B點到D點重力勢能的減少量等于0.271J，動能的增加量等于0.264J．（結(jié)果保留三位有效數(shù)）
（3）在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是_空氣阻力或摩擦阻力．

Answer 1

分析 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．
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．

解答 解：（1）①B、電火花和電磁計時器都使用交流電源．
②C、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）重力勢能減小量等于△E_p=mgh=0.300×9.8×（0.0442+0.0480）J=0.271  J．
利用勻變速直線運動的推論
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.0403+0.0442}{2×0.02}$=2.11m/s
v_D=$\frac{{x}_{CE}}{{t}_{CE}}$=$\frac{0.0480+0.0518}{2×0.02}$=2.49m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²，E_kD=$\frac{1}{2}$mv_D²
△E_k=E_kD-E_kB=0.264J
（3）由于實驗過程中摩擦阻力的存在，重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化給了摩擦阻力做功產(chǎn)生的內(nèi)能．
故答案為：（1）B改交流，C改先通電再釋放紙帶；（2）0.271J（0.269-0.275）；0.264J（0.261-0.267）； （3）空氣阻力或摩擦阻力．

點評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．
重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能