Question

5．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)采用如圖甲重物自由下落的方法：

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器材；
B．將電火花計(jì)時(shí)器接到電源的”直流輸出”上；
C．先釋放懸掛重物的紙帶．然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
D．測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
E．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能．
其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BC．（將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在橫線處）
（2）實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)重物減少的勢能總是大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的主要原因是C．
A．選用的重物質(zhì)量過大
B．?dāng)?shù)裾處理時(shí)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤
C．空氣對重物的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對紙帶的阻力影響
D．實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不夠細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確
（3）（本小題結(jié)果保留三位有效數(shù)字）若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m=1 kg，打點(diǎn)紙帶如圖乙所示，O點(diǎn)為打下的笫一個(gè)點(diǎn)，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重物的動(dòng)能E_K=0.168J，重力加速度為9.8 m/s²，從開始下落起至B點(diǎn)重物的重力勢能減少量是0.172J，由此可得出的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)重物的機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 1、解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有理解了這些才能真正了解具體實(shí)驗(yàn)操作的含義．
2、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(zhuǎn)化為動(dòng)能，這是誤差的主要來源．
3、紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度．從而求出動(dòng)能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）B：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B錯(cuò)誤．
C：因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平，故C錯(cuò)誤．
操作不當(dāng)?shù)�，故選：BC．
（2）在該實(shí)驗(yàn)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(dòng)能的增加量；若重錘減小的重力勢能總是大于重錘動(dòng)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(shí)驗(yàn)過程的步驟中，沒有檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔是否在同一條豎直線上，也會(huì)導(dǎo)致摩擦力太大；故C正確，ABD錯(cuò)誤．
故選：C．
（3）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.0176J=0.172J．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論得：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.031-0.0078}{2×0.02}$=0.58m/s
△E_k=E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×1×0.5{8}^{2}$=0.168J
通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動(dòng)能的增加量，即機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）BC；（2）C；（3）0.168，0.172，在誤差允許的范圍內(nèi)重物的機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評(píng) 要知道重物帶動(dòng)紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒，熟練應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題；重物帶動(dòng)紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動(dòng)能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．