Question

8．在验证机械能守恒定律的实验中
（1）实验步骤操作合理的顺序排列是ADBCEF（填写步骤前面的字母）．
A．将打点计时器竖直安装在铁架台上
B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落
C．取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻个面）重新做实验
D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带
E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h₁，h₂，h₃…，h_n，计算出对应的瞬时速度v₁，v₂，v₃，…v_n
F．分别算出$\frac{1}{2}$mv_n²和mgh_n，在实验误差范围内看是否相等
（2）某次应用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）．已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s²．那么：

（1）纸带的左端（选填“左”或“右”）与重物相连；
（2）根据图上所得的数据，可以计算得从O点到B点，重物重力势能减少量△E_p=1.88 J，动能增加量△E_k=1.84 J（结果取3位有效数字）；
（3）实验的结论是：重物只受重力作用，在误差允许范围内，重物减小的重力势能等于增加的动能，即机械能守恒．．

Answer 1

分析 （1）明确实验原理，知道该实验干什么，需要哪些方面的测量，然后合理安排实验步骤，使其符合逻辑顺序，便于操作和减小误差；
（2）纸带法实验中，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和加速度，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； 从而判断机械能是否守恒．

解答 解：（1）根据先安装设备，再进行实验的整体思考，可知实验步骤为：A、D、B、C、E、F．
故答案为：A、D、B、C、E、F．
（2）（1）从纸带上可以看出0点为打出来的第一个点，速度为0，重物自由下落，初速度为0．所以纸带的左端应与重物相连．
（2）重力势能减小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.1920 J≈1.88J．
利用匀变速直线运动的推论有：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.2323-0.1555}{2×0.02}$=1.92m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1×1.92²≈1.84J
△E_k=E_kB-0=1.84 J
（3）由以上分析可知，重物只受重力作用，在误差允许范围内，重物减小的重力势能等于增加的动能，即机械能守恒．在误差允许范围内，重物的机械能守恒．
故答案为：（1）ADBCEF；（2）：（1）左；（2）B；（3）1.88，1.84，（3）重物只受重力作用，在误差允许范围内，重物减小的重力势能等于增加的动能，即机械能守恒．

点评 本题考查验证机械能守恒定律的实验；运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题；同时注意利用纸带分析数据的方法．