Question

用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學(xué)生電源，有交流（頻率為50Hz）和直流兩種輸出．重錘從高處由靜止開始落下，拖動紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．

（1）一同學(xué)按如下步驟進行實驗：
A．用天平測量出重錘的質(zhì)量； 
B．按圖示的裝置安裝器件；
C．將打點計時器接到電源的直流輸出端上；
D．先接通電源，后釋放懸掛紙帶的夾子，打出一條紙帶；
E．換用紙帶，重復(fù)步驟D； 
F．選取合適的紙帶；
G．測量所選紙帶上某些點之間的距離；
H．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
指出其中沒有必要進行的一個步驟是

A

；操作不恰當?shù)囊粋�步驟是

C

．
（2）利用這個裝置也可以測量重錘的加速度數(shù)值．這位同學(xué)打出的紙帶如圖乙所示，A點為打下的第一個點，0、1、2、3、4、5、6為連續(xù)的計數(shù)點，現(xiàn)測得s₁、s₂、s₃、s₄、s₅、s₆分別為4.03cm、4.42cm、4.80cm、5.18cm、5.57cm、5.95cm，請你根據(jù)這條紙帶推算此落體過程的加速度a為

9.58

m/s²．（保留三位有效數(shù)字）
（3）某同學(xué)根據(jù)第（2）問求得的加速度數(shù)值計算重力勢能的變化量△E_P，驗證機械能守恒定律定律，試分析其合理性．（判斷并說明理由）

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(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有這樣才能明確每步操作的具體含義，在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量可測可不測，打點計時器應(yīng)接交流電源；
（2）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量△x=aT²，運用逐差法求出加速度的大小．因為阻力作用；
（3）求出的加速度與當?shù)氐闹亓�加速度不等，不能用該加速度求解重力勢能的變化量�?/div>

解答：解：（1）在驗證機械能守恒定律的實驗中，需要驗證動能的增加量和重力勢能減小量是否相等，質(zhì)量可以約掉，因此質(zhì)量可以不測，所以沒必要用天平測量出重錘的質(zhì)量．打點計時器應(yīng)接交流電源，不能接直流電源．故不必要的步驟是A，操作不恰當?shù)牟襟E是C．
（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，得：
s₄-s₁=3a₁T² 
s₅-s₂=3a₂T² 
s₆-s₃=3a₃T² 
為了更加準確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值，有：
a=

a1+a2+a3

3

=

(s4+s5+s6)-(s1+s2+s3)

9T2

，
代入數(shù)據(jù)解得：a=9.58m/s²．
（3）不合理．由于阻力的存在，第（2）問中求得的結(jié)果不是當?shù)氐闹亓�加速度，不能用它來計算重力勢能的改變�?br />故答案為：（1）A，C；（2）9.58；（3）不合理．由于阻力的存在，第（2）問中求得的結(jié)果不是當?shù)氐闹亓�加速度，不能用它來計算重力勢能的改變量�?/div>

點評：解答實驗問題的關(guān)鍵是明確實驗原理、實驗?zāi)康模�了解具體操作，同時加強應(yīng)用物理規(guī)律處理實驗問題的能力．