Question

17．某同學用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．
（1）他進行了如下操作，其中沒有必要進行的步驟是C，操作不當的步驟是B．
A．按照圖示的裝置安裝器材
B．將打點計時器接到學生電源的“直流輸出”上
C．用天平測出重錘的質量
D．先接通電源，后釋放紙帶
（2）安裝好實驗裝置，正確進行實驗操作．從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖2所示．在紙帶上選取三個連續打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為h_A、h_B、h_C．設重錘質量為m，當地重力加速度為g，打點計時器打點周期為T．為了驗證此實驗過程中機械能是否守恒，需要計算出從打O點到打B點的過程中，重錘重力勢能的減少量△E_p=$mg{h}_{B}^{\;}$，動能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{C}^{\;}-{h}_{A}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}$（用題中所給字母表示）．

（3）實驗結果顯示，重錘重力勢能的減少量大于動能的增加量，關于這個誤差下列說法正確的是C．
A．該誤差屬于偶然誤差，主要由于存在空氣阻力和摩擦阻力引起的
B．該誤差屬于偶然誤差，主要由于沒有采用多次實驗取平均值的方法造成的
C．該誤差屬于系統誤差，主要由于存在空氣阻力和摩擦阻力引起的
D．該誤差屬于系統誤差，主要由于沒有采用多次實驗取平均值的方法造成的．

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）根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的瞬時速度，從而得出動能的增加量．
（3）重力勢能的減少量略大于動能的增加量屬于系統誤差，通過減小阻力的影響可以減小系統誤差．

解答 解：（1）C：因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}$的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
B：將打點計時器應接到電源的“交流輸出”上，故B操作不當．
（2）重錘重力勢能的減少量為：|△E_p|=mgh_B，
B點的瞬時速度${v}_{B}^{\;}=\frac{{h}_{C}^{\;}-{h}_{B}^{\;}}{2T}$
動能的增量$△{E}_{k}^{\;}=\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}=\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{C}^{\;}-{h}_{A}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}$
（3）實驗結果往往是重力勢能的減少量略大于動能的增加量，這個誤差是系統誤差，無法避免，可以通過減小空氣阻力和摩擦阻力的影響來減小該誤差．故選：C
故答案為：（1）C；B
（2）mgh_B；$\frac{1}{2}m{（\frac{{{h_C}-{h_A}}}{2T}）^2}$
（3）C

點評 解決本題的關鍵掌握實驗的原理，會通過原理確定器材，以及掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度的大小，關鍵是勻變速直線運動推論的運用．