Question

15．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生電源，有輸出電壓為6V、頻率為50Hz的交流電和輸出電壓為6V的直流電兩種．質量為0.300kg的重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．（g取9.8m/s²）

下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到輸出電壓為6V的直流電上；
C．松開手釋放紙帶，然后接通電源開關，打出一條紙帶；
D．更換紙帶重做幾次，選擇清晰的紙帶進行測量；
E．根據測量的結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．
（1）指出其中操作不當的一個步驟，將其對應的字母填在下面的空行內，并寫上正確的步驟或改正意見C，應先開電源再釋放紙帶．
（2）實驗中得到如圖乙所示的紙帶，根據紙帶可計算得知，重錘從B點到D點過程中重力勢能減少量等于0.271J．（結果保留三位有效數字）
（3）在驗證機械能守恒定律的實驗中發現，重錘減少的重力勢能總是大于重錘動能的增加量，其原因主要是實驗過程中存在摩擦阻力．

Answer 1

分析 （1）對于實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
（2）根據紙帶上對應的長度可以量出下落的高度，再根據E_P=mgh即可求得減小的重力勢能；
（3）重物下落過程中不可避免的受到阻力作用，重力勢能不可能全部轉化為動能，這是誤差的主要來源．

解答 解：（1）實驗時，應先接通打點計時器電源后釋放重物，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理．
（2）重力勢能減小量等于：△E_p=mgh=0.300×9.8×（0.0442+0.0480）J=0.271 J．
（2）在該實驗中，由于摩擦力、空氣阻力等阻力的存在，重錘減小的重力勢能總是稍稍大于重錘動能的增加量；若重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加量，而且比較明顯，就要考慮阻力太大的原因．在該實驗過程的步驟A中，沒有檢查打點計時器的兩個限位孔是否在同一條豎直線上，導致摩擦力太大，應該是導致誤差太大的主要原因．
故答案為：（1）C：應該先通電再釋放紙帶；（2）0.271； （3）實驗過程中存在摩擦阻力．

點評 要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉化的過程和能量守恒，熟練應用勻變速直線運動規律解決實驗問題；重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉化給了動能還有一部分轉化給摩擦產生的內能．