Question

10．在探究重锤重力势能的减少与它动能增加的关系的实验中，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s²．求：

（1）以下步骤中仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的有AE（填代号）．
（A）用天平称出重锤的质量．
（B）把打点计时器固定在铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来．
（C）把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度．
（D）接通电源，释放纸带．
（E）用秒表测出重锤下落的时间．
（2）从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量△E_P=0.49J，动能的增加量△E_K=0.48J（结果保留2位有效数字）．
（3）即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验求得的△E_P也一定略大于△E_K，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能．

Answer 1

分析 （1）利用该实验的实验步骤和实验原理分析即可．（2）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；根据速度大小可以求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．（3）由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．

解答 解：（1）A、由于重力势能和动能都有质量，可以消掉，实验不需要用天平称出质量，故A多余；
B、应把打点计时器固定在铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来，故B需要；
C、把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度，便于实验操作，故C需要；
D、先接通电源，再放开纸带，故D需要；
E、由于打点计时器是计时仪器，所以不需要秒表，故E多余；
本题选多余的，故选：AE．
（2）物体重力势能减小量△E_P=mgh=1×9.8×0.05J=0.49J
中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小：v_B=$\frac{{s}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0702-0.031}{0.04}$m/s=0.98m/s
动能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=0.48J
（3）由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．
故答案为：（1）AE；（2）0.49；0.48；（3）纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能．

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所需实验器材、实验步骤、所测数据等，会起到事半功倍的效果．