Question

7．某同学用重锺做“验证机械能守恒定律”的实验．让重锤从高处由静止开始下落，打点计时器就在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律．
（1）下面是本实验的几个操作步骤，请在横线上填写合适的文字．
A．按此示意图1组装实验器材；
B．将打点计时器接到交流（选填“直流”或“交流”）电源上；
C．释放纸带，然后接通电源开关打出一条纸带；
D．重复步骤C多次，得到多条纸带．
在以上实验步骤中，操作不当的是C（选填步骤前的字母）
（2）图2为用正确操作打出的一条纸带，其中O为起始点，用刻度尺测出OA、AC、CE之间的距离分别为S₁、S₂、S₃．设打点计时器的频率为f，重物质量为m，当地重力加速度为g，则打点O到打点C的过程中重物增加的动能△E_K$\frac{{{m（{{s}_{2}+s}_{3}）}^{2}f}^{2}}{32}$，减少的重力势能△E_P=mg（s₁+s₂）（用题中提供的符号表示）

（3）若重锤下落的过程中机械能守恒，图中以重锤下落的高度差s为横轴，对应的动能变化△E_k为纵轴，则下列图象中正确的是C

Answer 1

分析 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．
纸带法实验中，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和加速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．
根据机械能守恒可知重锤下落时有：△E_k=mgs，写出函数关系式即可正确解答．

解答 解：（1）B．将打点计时器接到交流电源上；
在以上实验步骤中，操作不当的是C，应该先接通电源，后释放纸带．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．
（2）利用匀变速直线运动的推论v
v_C=$\frac{（{{s}_{2}+s}_{3}）f}{4}$
打点O到打点C的过程中重物增加的动能△E_K=E_kC-0=$\frac{{{m（{{s}_{2}+s}_{3}）}^{2}f}^{2}}{32}$
重力势能减小量△E_p=mgh=mg（s₁+s₂）；
（3）根据机械能守恒可知重锤下落时有：
△E_k=mgs
由此可知在以△E_k为直角坐标系的纵轴物理量，以s为横轴物理量的图象中图象为过原点的直线，故ABD错误，C正确．
故选：C．
故答案为：（1）交流；C
（2）$\frac{{{m（{{s}_{2}+s}_{3}）}^{2}f}^{2}}{32}$；mg（s₁+s₂）；
（3）C

点评 带问题的处理是力学实验中常见的问题．我们可以纸带法实验中，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，要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．