Question

3．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，输出电压为6V的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．先接通电源，后释放纸带，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．
其中没有必要进行的步骤是C，操作不当的步骤是B．
（2）他进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图2所示，其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点．根据以上数据，当打B点时重锤的速度为1.84m/s，计算出该点对应的$\frac{1}{2}{ν^2}$=1.69m²/s²，gh=1.74m²/s²，可认为在误差范围内存在关系式$\frac{1}{2}$v²=gh，即可验证机械能守恒定律．（取g=9.6m/s²，f=50Hz）（结果均保留3位有效数字）

Answer 1

分析 （1）通过实验的原理确定需要测量的物理量，从而确定不需要的测量步骤．实验时，打点计时器应接交流电源，先接通电源，再释放纸带；
（2）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，只有这样才能明确每步操作的具体含义．根据重力做功和重力势能的关系可以求出重力势能的减小量；匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此求出B点的速度，进一步可以求出重锤动能的增加量．

解答 解：（1）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．
应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B错误．
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，故D错误．
（2）匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B点的速度大小为：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=1.84m/s
对应的$\frac{1}{2}$v²=1.69 m²/s²，gh=1.74m²/s²，
可认为在误差范围内存在关系式 $\frac{1}{2}$v²=gh，即可验证机械能守恒定律．
故答案为：（1）C，B； （2）1.84，1.69，1.74，$\frac{1}{2}$v²=gh．

点评 （1）解决本题的关键知道实验的原理，通过原理确定所需测量的物理量，以及知道实验中的注意事项，在平时的学习中，需加以总结；
（2）解答实验问题的关键是明确实验原理、实验目的，了解具体操作，同时加强应用物理规律处理实验问题的能力．