Question

11．用如图甲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，有输出电压为6V、频率为50Hz的交流电和输出电压为6V的直流电两种．质量为0.300kg的重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．（g=9.8m/s²）
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．将打点计时器接到输出电压为6V的直流电上；
C．松开手释放纸带，然后接通电源开关，打出一条纸带；
D．更换纸带重做几次，选择清晰的纸带进行测量；
E．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．
（1）指出其中操作不当的两个步骤，将其对应的字母序号填在右边的横线处B：打点计时器应该使用交流电；C：应该先通电再释放纸带．
（2）实验中得到如图乙所示的纸带，根据纸带可计算得知，重锤从B点到D点过程中重力势能减少量等于0.271J．（结果保留三位有效数字）
（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤动能的增加量，其原因主要是实验过程中存在摩擦阻力．

Answer 1

分析 （1）对于实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
（2）根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．
（3）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．

解答 解：（1）操作中的错误步骤：B：打点计时器应该使用交流电；C：应该先通电再释放纸带
（2）重锤从B点到D点过程中重力势能减少量为：△E_p=mgx_BD=0.3×9.8×（4.42+4.80）×10^-2J=0.271J．
（3）重锤减少的重力势能总是大于重锤动能的增加量，原因是实验过程中存在摩擦阻力，使得减小的重力势能一部分转化为内能．
故答案为：（1）B：打点计时器应该使用交流电；C：应该先通电再释放纸带
（2）0.271
（3）实验过程中存在摩擦阻力

点评 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，这点要在平时训练中加强练习．掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求出重力势能的减小量．