Question

16．用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对图中纸带上的点痕进行测量，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件
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上
C．用天平测出重锤的质量
D．先释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源打出一条纸带
E．测量纸带上某些点间的距离
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
Ⅰ．中没有必要进行的或者操作不当的步骤是BC．（将其选项对应的字母填在横线处）
Ⅱ．在实验中，质量m为1.0kg的重物自由下落，带动纸带打出一系列的点，如图乙所示．相邻计数点间的时间间隔为0.02s，距离单位为cm．
（1）纸带的左端与重物相连；（填“左”或“右”）
（2）打点计时器打下计数点B时，物体的速度V_B=0.98m/s；（结果保留两位有效数字）
（3）某同学从起点O到打下计数点B的过程中，计算出物体的动能增加量${△}_{{E}_{k}}$=0.48J，势能的减少量${△}_{{E}_{P}}$=0.49J，（g=9.8m/s²），该同学的计算方法和过程并没有错误，却出现了${△}_{{E}_{k}}$＜${△}_{{E}_{P}}$的结果，试问这一结果是否合理？答：合理，因为实验中存在摩擦阻力和空气阻力．

Answer 1

分析 I、根据实验原理分析实验中应进行的步骤，从而明确实验中多不必要的或错误的操作；
II、（1）根据纸带的疏密程度可确定哪端与重物相连；
（2）根据平均速度可求得B点的瞬时速度；
（3）分析减小的重力势能和动能，明确由于阻力的存在，重力势能的减小量要略大于动能的增加量．

解答 解：I、B：将打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B错误．
C：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．
II、（1）重物拖着纸带做加速运动，相等时间内的位移逐渐增大，可知纸带的左端与重物相连．
（2）B点的速度等于中间时刻的瞬时速度，故v_B=$\frac{7.06-3.14}{2×0.02}×1{0}^{-2}$=0.98m/s；
（3）动能的增加量△E_k最有可能小于势能的减少量△E_p，产生这种现象的原因可能是摩擦阻力和空气阻力的存在．
故答案为：I、BC；II、（1）左，（2）0.98；（3）合力，因为下落过程中有摩擦阻力和空气阻力的存在

点评 解决本题的关键是掌握验证机械能守恒定律的实验原理，掌握纸带的处理方法，知道实验误差形成的原因，能根据纸带分析重力势能和动能变化间的关系是解题的关键．