Question

6．某同学用重锺做“验证机械能守恒定律”的实验．让重锤从高处由静止开始下落，打点计时器就在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律．

（1）下面是本实验的几个操作步骤，请在横线上填写合适的文字．
A．图1中图乙 （选填“甲”或“乙”）所示安装方案更好一些，按此示意图组装实验器材；
B．将打点计时器接到交流（选填“直流”或“交流”）电源上；
C．用天平测出重锤的质量m=1.00kg；
D．释放纸带，然后接通电源开关打出一条纸带；
E．重复步骤D多次，得到多条纸带．
在以上实验步骤中，操作不当的是D（选填步骤前的字母）．
（2）数据处理
F．实验中用打点计时器打出的纸带如图2所示，其中，A为打下的第1个点，B、C、D、E为距A较远的连续选取的四个点（其他点未标出）．用刻度尺量出B、C、D、E、到A的距离分别为s₁=62.99cm，s₂=70.18cm，s₃=77.76cm，s₄=85.73cm重锤的质量为m=1.00kg；电源的频率为f=50Hz；
G．实验地点的重力加速度为g=9.80m/s²．
为了验证打下A点到打下D点过程中重锤的机械能守恒．则应计算出：（结果保留三位有效数字）
①打下D点时重锤的速度v_D=3.89 m/s；
②a重锤重力势能的减少量△E_p=7.62J；
③重锤动能的增加量△E_k=7.57J．
④根据纸带提供的数据，重锤从静止开始到打出D点的过程中，得到的结论是在误差允许的范围内，机械能守恒．

Answer 1

分析 根据验证机械能守恒定律的原理及实验方法选取合理的方案；打点计时器使用交流电源；必须先接通电源后释放纸带．
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出D点的速度，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量．

解答 解：（1）A、在用自由落体“验证机械能守恒定律”时，我们是利用自由下落的物体带动纸带运动，通过打点计时器在纸带上打出的点求得动能及变化的势能；对于方案乙，能确保纸带处于竖直面上，所以乙所示安装方案更好一些．
B、将打点计时器接到交流电源；
以上操作步骤中，不确当的是D，应先接通电源，再释放纸带．
（2）D点的瞬时速度${v}_{D}=\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}=\frac{（85.73-70.18）×1{0}^{-2}}{0.04}m/s$=3.89m/s，则重锤动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{D}}^{2}=\frac{1}{2}×1×3.8{9}^{2}$=7.57J．
重力势能的减小量△E_p=mgs₃=1×9.8×0.7776J=7.62J．
根据纸带提供的数据，重锤从静止开始到打出D点的过程中，得到的结论是在误差允许的范围内，机械能守恒．
故答案为：（1）乙，交流，D          
（2）①3.89②7.62③7.57④在误差允许的范围内，机械能守恒

点评 考查验证机械能守恒定律实验器材，在记忆实验器材时要注意结合实验原理及方法来记忆．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．知道能够减小实验误差的方法．关键掌握实验的原理，以及掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度和加速度．