Question

11．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．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

（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端上；
C．用天平测量出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
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．
请指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填写在下面的空行内，并说明其原因．B、应该接到电源的交流输出端；D，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；C，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去．
（2）在上述实验中，设质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图2所示，相邻计数点的时间间隔为0.02s，长度单位：cm，当地的重力加速度g=9.80m/s²．那么：从起点O到打下计数点B的过程中，重力势能的减小量为△E_P=0.47J，物体动能的增加量△E _K=0.46J．（均取两位有效数字）

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）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．

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．
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误．
故选：BCD．
（2）B点离下落点的高度h=4.80cm=0.0480m；
重力势能减小量△E_p=mgh=9.8×0.0480m J=0.47mJ．
设B前点为A，则OA=3.07cm=0.0307m； 设B后点为C，则OC=6.91cm=0.0691m；
利用匀变速直线运动的推论v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.0691-0.0307}{2×0.02}$=0.96m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×（0.96）^{2}$=0.46mJ．
故答案为：（1）B，应该接到电源的交流输出端；D，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；C，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去
（2）0.47，0.46

点评 本题考查验证机械能守恒定律的实验，只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，在计算中要注意单位的换算．