Question

10．在验证“机械能守恒定律”的实验中，一同学进行如下操作：
①将打点计时器水平固定在铁架台上
②将长约0.5m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器．用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方
③先松开纸带，后接通电源，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点
④换几条纸带，重做上面的实验
⑤在打出的纸带中挑选第一、二两点间距接近2mm，且点迹清楚的纸带进行测量，先记下O点的位置，依次再取四个计数点A、B、C、D．求出相应位置对应的速度及其下落的高度
⑥将测量数据及计算结果填入自己设计的表格中
⑦根据以上测得的数据计算相应的$\frac{1}{2}{v^2}$和gh_n的值．验证机械能守恒定律
Ⅰ．以上操作有错误的是①③；
Ⅱ．实验中选出一条纸带如图所示，其中O点为起始点，A、B、C、D为四个计数点，打点计时器所选用电源是频率为50Hz的交流电，用最小刻度为1mm的刻度尺，测得OA=11.13m，OB=17.69m，OC=25.9m．这三个数据中不符合有效数据要求的是OC，在计数点A和B之间，B和C之间各还有一个点，重锤的质量为m=1.5kg，根据以上数据，当打点到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了2.60J，这时它的动能是2.56J．（g=9.8m/s²）

Ⅲ．实验中往往出现重锤的重力势能减少量大于动能的增加量，其主要原因是实验中存在阻力．．

Answer 1

分析 Ⅰ解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．实验时打点计时器应竖直地固定在铁架台上，应先接通电源让打点计时器打点稳定后松开纸带让重物下落．
Ⅱ根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度．从而求出动能．
Ⅲ重力势能减少量大于动能的增加量，说明产生了内能，存在阻力．

解答 解：Ⅰ．以上操作有错误的是①③，①中应将打点计时器竖直固定在铁架台上，③中应先接通电源，后松开纸带，让重物自由下落．
Ⅱ．这三个数据中不符合有效数据要求的是OC，到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了mgh_B=1.5×9.8×0.1769J=2.60J，B点的速度为：${v_B}=\frac{{{h_{AC}}}}{2t}=\frac{{（25.9-11.13）×{{10}^{-2}}}}{2×0.04}m/s=1.846m/s$，B点的动能为：${E_K}=\frac{1}{2}mv_B^2=2.56J$．
Ⅲ．实验中往往出现重锤的重力势能减少量大于动能的增加量，其主要原因是实验中存在阻力．
故答案为：Ⅰ①③，ⅡOC，2.60J，2.56J，Ⅲ实验中存在阻力．

点评 正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析实验中应注意的问题，本实验利用匀变速直线运动的推论求瞬时速度，要能理解并熟练应用．