Question

在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：

A.用天平称出重锤和夹子的质量

B.固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器

C.松开纸带，接通电源，开始打点.并如此重复多次，以得到几条打点纸带

D.取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点0，在距离0点较近处选择几个连续计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值

E.测出各点到0点的距离，即得到重锤下落高度

F.计算出mgh_n和mυ_n²，看两者是否相等

在以上步骤中，不必要的步骤是_________；有错误或不妥的步骤是__________ (填写代表字母)；更正情况是①_________，②_________，③_________，④__________.

Answer 1

思路点拨：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量ΔE_p与动能的增加量ΔE_k是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的.为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差考虑.

解析：因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔE_p是否等于动能的增加量ΔE_k来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤A是多余的.

有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是：

B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近”，因打点计时器开始工作应从与垂锤靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40 cm即可.

C中应先接通电源，后松开纸带.因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点.

D中应将“距离0点较近处”改为“距离0点较远处”，因为所取的各计数点(或计时点)应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差.

F中应改为“gh_n和v_n²”，因本实验是通过比较重锤的重力势能减少量mgh_n和动能增加量mv_n²的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，故只需比较gh_n和v_n²就能达到目的.

答案：见解析