Question

12．某同学采用重物自由下落的方法“验证机械能守恒定律”，如图（甲）所示．打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s²，测得所用重物的质量为1.00kg．

（1）下面是他实验时的操作步骤：
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．先释放纸带，然后再接通电源；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．计算重锤下落过程中减少的重力势能和增加的动能；
G．改换纸带，重做几次．
其中没有必要或操作不恰当的步骤是BCD；
（2）若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图（乙）所示，那么：
①纸带的左（左、右）端与重物相连．
②从打下计数点A到打下计数点C的过程中重力势能的减少量△E_p=0.38J（保留两位有效数字）；
③猜测：动能的增加量△E_k最有可能＜势能的减少量△E_p（填“＞、=、＜）．
（3）重锤在下落的过程中，如果所受阻力均忽略不计，h代表下落的距离，E_k代表动能，E_P代表势能，E代表机械能，以水平桌面为参考面，图丙中图象不正确的是ACD．

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．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．该实验的误差主要来源于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在．
3、物体做自由落体运动，机械能守恒，再根据动能势能的定义，逐个分析推导可以得出结论．

解答 解：（1）B、应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B操作不恰当；
C、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锤下落，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C操作不恰当．
D、先再接通电源，然后释放纸带，故D错误的；
故没有必要或操作不恰当的步骤是：BCD．
（2）①由纸带的打点的间距，可知，纸带左端与重物相连；
②根据功能关系可知，从打下计数点A到打下计数点C的过程中，重锤的重力势能的减少量为：
△E_P=mg△h=1.0×9.80×（0.0702-0.0313）J=0.38J
③因为实验中有阻力作用，所以动能的增加小于重力势能的减小．
（3）A、由动能定理：E_P=mgh，则E_K=E-mgh，故动能E_k与h的图象为倾斜的直线，故A错误；
B、E_P=E-$\frac{1}{2}$mv²，所以势能E_P与速度v的图象为开口向下的抛物线，故B正确；
C、由机械能守恒定律：E_P=E-E_K，故势能E_P与动能E_k的图象为倾斜的直线，故C错误；
D、重锤在下落的过程中，如果所受阻力均忽略不计，机械能守恒，即E不随h改变，故E与h的关系图象应该是平行于h轴的直线，故D错误．
本题选择错误的，故选：ACD．
故答案为：（1）BCD；
（2）①左；②0.38J；③＜；
（3）ACD．

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．当物体机械能守恒时，分析清楚各个物理量之间的关系，要找物理量之间的关系一定要推导出它们的关系式．