Question

5．“验证机械能守恒定律”的实验采用如图甲重物自由下落的方法：

（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材；
B．将电火花计时器接到电源的”直流输出”上；
C．先释放悬挂重物的纸带．然后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物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中操作不当的步骤是BC．（将其选项对应的字母填在横线处）
（2）实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是C．
A．选用的重物质量过大
B．数裾处理时出现计算错误
C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力影响
D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确
（3）（本小题结果保留三位有效数字）若实验中所用重物的质量m=1 kg，打点纸带如图乙所示，O点为打下的笫一个点，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物的动能E_K=0.168J，重力加速度为9.8 m/s²，从开始下落起至B点重物的重力势能减少量是0.172J，由此可得出的结论是在误差允许的范围内重物的机械能守恒．

Answer 1

分析 1、解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，只有理解了这些才能真正了解具体实验操作的含义．
2、重物下落过程中不可避免的受到阻力作用，重力势能不可能全部转化为动能，这是误差的主要来源．
3、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）B：将打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B错误．
C：因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C错误．
操作不当的，故选：BC．
（2）在该实验中，由于摩擦力、空气阻力等阻力的存在，重锤减小的重力势能总是稍稍大于重锤动能的增加量；若重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加量，而且比较明显，就要考虑阻力太大的原因．在该实验过程的步骤中，没有检查打点计时器的两个限位孔是否在同一条竖直线上，也会导致摩擦力太大；故C正确，ABD错误．
故选：C．
（3）重力势能减小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.0176J=0.172J．
利用匀变速直线运动的推论得：
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
通过实验得出的结论是：在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量，即机械能守恒．
故答案为：（1）BC；（2）C；（3）0.168，0.172，在误差允许的范围内重物的机械能守恒．

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，熟练应用匀变速直线运动规律解决实验问题；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．