Question

某同學采用重物自由下落的方法“驗證機械能守恒定律”，如圖（甲）所示．打點計時器所用電源頻率為50Hz，當地重力加速度的值為9.80m/s²．
（1）下面是他實驗時的操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的直流輸出端上；
C．先釋放紙帶，然后再接通電源；
D．測量打出的紙帶上某些點之間的距離；
E．計算重錘下落過程中減少的重力勢能和增加的動能；
F．改換紙帶，重做幾次．
上述步驟中操作錯誤的步驟是

 

；
（2）若按實驗要求正確地選出紙帶進行測量，量得連續三點A、B、C到第一個點的距離如圖（乙）所示，那么：
①若實驗測得所用重物的質量為1.0kg，從打下計數點A到打下計數點C的過程中重力勢能的減少量△E_p=

 

J（保留兩位有效數字）；
②猜測：動能的增加量△E_k最有可能

 

勢能的減少量△E_p（ 填“＞、=、＜）．
（3）重錘在下落的過程中，如果所受阻力均忽略不計，h代表下落的距離E_k代表動能，E_P代表勢能，E代表機械能，以水平桌面為參考面，下列圖象正確的是

 

．

Answer 1

分析：1、解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項，只有理解了這些才能真正了解具體實驗操作的含義．
2、紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度．從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．該實驗的誤差主要來源于紙帶和打點計時器的摩擦以及空氣阻力的存在．
3、物體做自由落體運動，機械能守恒，再根據動能勢能的定義，逐個分析推導可以得出結論．

解答：解：（1）B、應將打點計時器接到電源的交流輸出端上，故B操作不恰當；
C、開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重錘下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差．故C操作不恰當．
故操作錯誤的步驟是：BC．
（2）①根據功能關系可知，從打下計數點A到打下計數點C的過程中，重錘的重力勢能的減少量為：
△E_P=mg△h=1.0×9.80×（0.0702-0.0313）J=0.38J
②因為實驗中有阻力作用，所以減小的重力勢能大于增加的動能．
（3）A、由動能定理：E_P=mgh，則E_K=E-mgh，故動能E_k與h的圖象為傾斜的直線，故A錯誤；
B、E_P=E-

1

2

mv²，所以勢能E_P與速度v的圖象為開口向下的拋物線，故B正確；
C、由機械能守恒定律：E_P=E-E_K，故勢能E_P與動能E_k的圖象為傾斜的直線，故C錯誤；
D、重錘在下落的過程中，如果所受阻力均忽略不計，機械能守恒，即E不隨h改變，故E與h的關系圖象應該是平行于h軸的直線，故D錯誤．
故選：B．
故答案為：（1）BC；（2）①0.38；②＜；（3）B．

點評：只有明確了實驗原理以及實驗的數據測量，才能明確各項實驗操作的具體含義，這點要在平時訓練中加強練習．當物體機械能守恒時，分析清楚各個物理量之間的關系，要找物理量之間的關系一定要推導出它們的關系式．