Question

13．用如图1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的交流电和直流电两种．打点计时器的频率为50HZ，纸带上的计数点为打下的相邻的点．质量为0.300kg的重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律．（g取9.8m/s²）

（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
D．测量纸带上某些点间的距离；
E．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．
将其中操作不当的步骤对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因．
①B改交流
②C改先通电再释放纸带
（2）实验中得到如图2所示的纸带，根据纸带可得重锤从B点到D点重力势能的减少量等于0.271J，动能的增加量等于0.264J．（结果保留三位有效数）
（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是_空气阻力或摩擦阻力．

Answer 1

分析 对于实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度．从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答 解：（1）①B、电火花和电磁计时器都使用交流电源．
②C、实验时，应先接通打点计时器电源后释放重物，由于重物运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理．
（2）重力势能减小量等于△E_p=mgh=0.300×9.8×（0.0442+0.0480）J=0.271  J．
利用匀变速直线运动的推论
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.0403+0.0442}{2×0.02}$=2.11m/s
v_D=$\frac{{x}_{CE}}{{t}_{CE}}$=$\frac{0.0480+0.0518}{2×0.02}$=2.49m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²，E_kD=$\frac{1}{2}$mv_D²
△E_k=E_kD-E_kB=0.264J
（3）由于实验过程中摩擦阻力的存在，重力势能有一部分转化给了摩擦阻力做功产生的内能．
故答案为：（1）B改交流，C改先通电再释放纸带；（2）0.271J（0.269-0.275）；0.264J（0.261-0.267）； （3）空气阻力或摩擦阻力．

点评 要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．
重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能