Question

17．某同学用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源．输出电压为6V（频率为50Hz）的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．

（1）他进行了下面几个操作步骤，其中没有必要进行或操作不当的步骤是BC：
A．按照如图1所示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先接通电源，后释放纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
（2）某同学按照正确的操作选得纸带如图2所示，其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：mm）．
该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s²，他用AC段的平均速度作为打出B点时对应的物体的瞬时速度，则OB段重锤重力势能的减少量为1.22m，而动能的增加量为1.20m（计算结果均保留3位有效数字，重锤质量用m表示），造成上述实验结果不相等的原因主要是因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理以及操作中的注意事项确定没有必要的步骤和操作不当的步骤．
（2）根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度，从而得出动能的增加量．

解答 解：（1）打点计时器应接在电源的“交流输出”上，故B错误．验证机械能守恒，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，所以不需要测量重锤的质量，故C错误．
故选：BC．
（2）OB段重锤重力势能的减少量△E_p=mgh=m×9.8×0.1242=1.22m，B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.1570-0.0951}{0.04}$m/s=1.55m/s，则动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×m×1.5{5}^{2}$=1.20m．
重力势能的减小量略大于动能的增加量，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．
故答案为：（1）BC，（2）1.22m，1.20m，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及操作中的注意事项，掌握纸带的处理方法，会根据纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求解重力势能的减小量．