Question

在驗證機械能守恒定律的實驗中，有同學按以下步驟進行實驗操作：

A.用天平稱出重錘和夾子的質量

B.固定好打點計時器，將連著重錘的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手盡量靠近打點計時器

C.松開紙帶，接通電源，開始打點.并如此重復多次，以得到幾條打點紙帶

D.取下紙帶，挑選點跡清晰的紙帶，記下起始點0，在距離0點較近處選擇幾個連續計數點(或計時點)，并計算出各點的速度值

E.測出各點到0點的距離，即得到重錘下落高度

F.計算出mgh_n和mυ_n²，看兩者是否相等

在以上步驟中，不必要的步驟是_________；有錯誤或不妥的步驟是__________ (填寫代表字母)；更正情況是①_________，②_________，③_________，④__________.

Answer 1

思路點撥：本實驗的目的是要驗證機械能守恒定律，即比較重錘在下落過程中重力勢能的減少量ΔE_p與動能的增加量ΔE_k是否相等，如果操作不當或錯誤，就會增大重錘和紙帶所受阻力，導致機械能損耗過大，無法達到實驗目的.為了保證實驗成功和減少機械能損耗，在實驗操作時應遵照注意事項，因此本題可對照實驗注意事項和圍繞減小誤差考慮.

解析：因本實驗是通過比較重力勢能的減少量ΔE_p是否等于動能的增加量ΔE_k來驗證機械能守恒的，不需要知道動能的具體數值，因而不需要測出重物(含重錘和夾子)的質量，故步驟A是多余的.

有錯誤或不妥的步驟是B、C、D、F.原因和更正辦法分別是：

B中“讓手盡量靠近”應改為“讓重錘盡量靠近”，因打點計時器開始工作應從與垂錘靠近的紙帶開始打點，不致留下過長的空白紙帶，紙帶也不宜過長，約40 cm即可.

C中應先接通電源，后松開紙帶.因為只有當打點計時器工作正常后再讓重錘下落，才可保證打第一個點時重錘的初速度為零，并且使紙帶上的第一個點是清晰的小點.

D中應將“距離0點較近處”改為“距離0點較遠處”，因為所取的各計數點(或計時點)應盡量是重錘自由下落運動的真實記錄，而打點計時器接通電源開始工作后不一定很快就能達到穩定狀態，同時開始的幾個點比較密集，會增加長度測量的誤差.

F中應改為“gh_n和v_n²”，因本實驗是通過比較重錘的重力勢能減少量mgh_n和動能增加量mv_n²的大小來達到驗證的目的，對于同一個研究對象(重錘)來說，質量是一定的，故只需比較gh_n和v_n²就能達到目的.

答案：見解析