Question

13．某同學用如圖1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，輸出電壓可為6v的交流電或直流電．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．
（1）他進行了下面幾個操作步驟：
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；
E．在紙帶上選取計數點，并測量計數點間的距離；
F．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．
其中沒有必要進行的步驟是C，操作不當的步驟是B．
（2）實驗中，他挑出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析，如圖2所示．其中O點為起始點，A、B、C、D、E、F為六個計數點，相鄰計數點間的時間間隔為0.02s．根據這些數據，當打點計時器打B點時重錘的速度v_B=1.84m/s．（保留三位有效數字）

（3）他根據紙帶算出各點的速度v，測量出下落距離h，并以$\frac{{v}^{2}}{2}$為縱軸，以h為橫軸畫出圖象，圖象應是圖3中的B．

Answer 1

分析 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，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．根據重力做功和重力勢能的關系可以求出重力勢能的減小量；勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此求出B點的速度，進一步可以求出重錘動能的增加量．

解答 解：（1）B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，操作不當．
C：因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C沒有必要．
（2）勻變速直線運動中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，由此可以求出B點的速度大小為：
v_B=$\frac{0.2166-0.1432}{2×0.02}$=1.84m/s
（3）不考慮阻力的影響；根據$\frac{1}{2}$v²=gh，可知，圖象應為過原點的直線，B正確、ACD錯誤．
故答案為：（1）C，B；
（2）1.84；
（3）B．

點評 解答實驗問題的關鍵是明確實驗原理、實驗目的，了解具體操作．掌握動能變化量和重力勢能減小量的求法，知道某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．