Question

12．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤
A．按照图示的装置安装器材
B．将打点计时器接到交流电源上
C．用天平测量出重物的质量
D．先松手释放纸带，再接通电源
E．选择合适的纸带，测量打出的纸带上某些点到第一点之间的距离
F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
上述操作中没有必要进行的或者操作错误的步骤是CD（填入相应的字母）．
（2）若实验中所用重物质量为m，打出的纸带如图2所示（O点为开始下落点，O点与A点间其他点未画出），对应数值表示该点到O点的距离，打点的时间间隔为0.02s，则从O点开始下落起至C点，重物的重力势能减小量|△E_p|=2.28m J，重物的动能增加量|△E_k|=2.25mJ．（g=9.8m/s²，结果取3位有效数字）
实验结论是：重物下落过程中机械能守恒．

Answer 1

分析 （1）通过实验的原理确定需要测量的物理量，从而确定不需要的测量步骤．实验时，打点计时器应接交流电源，先接通电源，再释放纸带．
（2）重物下落过程中不可避免的受到阻力作用，重力势能不可能全部转化为动能，这是误差的主要来源．

解答 解：（1）因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要．
开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．
故选：CD；
（2）利用匀变速直线运动的推论
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.2769-0.1920}{0.04}$=2.12m/s，
重锤的动能E_Kc=$\frac{1}{2}$mv_c²=$\frac{1}{2}$×m×2.12²=2.25mJ
从开始下落至B点，重锤的重力势能减少量△E_p=mgh=m×9.8×0.2323J=2.28mJ．
由上数据可知，在误差允许范围内，重锤机械能守恒；
故答案为：（1）CD；（2）2.28m，2.25m，重物下落过程中机械能守恒．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定所需测量的物理量，以及知道实验中的注意事项，在平时的学习中，需加以总结．