Question

7．用如图1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，输出电压有交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

（1）下列几个操作步骤中：
A．按照图示，安装好实验装置；
B．将打点计时器接到电源的“交流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；
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是否等于增加的动能．
没有必要的是，操作错误的是D．（填步骤前相应的字母）
（2）在实验中，质量m=1kg的物体自由下落，在选定的纸带上依次取计数点如图2所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，那么纸带的左端（填“左”或“右”）与重物相连．相邻计数点间的时间间隔为0.04s．那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，物体重力势能的减少量E_p=2.28J，此过程中物体动能的增加量E_k=2.26J．（取g=9.8m/s²，保留三位有效数字）这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量大于（填大于、小于或等于）动能的增加量，原因是因摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理和注意事项确定没有必要的步骤和错误的步骤．
（2）根据相等时间内的位移越来越大确定纸带的哪一端与重物相连．根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度，从而得出动能的增加量．根据重力势能减小量和动能增加量之间的关系分析误差形成的原因．

解答 解：（1）实验中验证重力势能的减小量和动能的增加量是否相等，质量可以约去，不需要测量重锤的质量，故C不必要．
实验时应先接通电源，再释放纸带，故D错误．
（2）根据相等时间内位移越来越大，可知纸带的左端与重物相连．
从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，物体重力势能的减少量E_p=mgh=1×9.8×0.2325J≈2.28J，B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.3250-0.1550}{0.08}$m/s=2.125m/s，则动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×2.12{5}^{2}$≈2.26J．
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是因摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．
故答案为：（1）C，D
（2）左端，2.28，2.26，大于，因摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．