Question

7．某同学用如图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，输出电压可为6V的交流电或直流电．重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量分析，即可验证机械能守恒定律．

（1）他进行了下面几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器材；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先接通电源，后释放纸带；
E．在纸带上选取计数点，并测量计数点间的距离；
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．
其中没有必要进行的步骤是C，操作不当的步骤是B．
（2）实验中，他挑出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图2所示．其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.02s．根据这些数据，当打点计时器打B点时重锤的速度v_B=1.84m/s．（保留三位有效数字）
（3）他根据纸带算出各点的速度v，测量出下落距离h，并以$\frac{v^2}{2}$为纵轴、以h为横轴画出图象．不考虑阻力的影响，图象应是图3中的B．

Answer 1

分析 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，只有这样才能明确每步操作的具体含义．根据重力做功和重力势能的关系可以求出重力势能的减小量；匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此求出B点的速度，进一步可以求出重锤动能的增加量；

解答 解：（1）B：将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误，操作不当．
C：因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C没有必要．
（2）匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求出B点的速度大小为：
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=1.84m/s
（3）不考虑阻力的影响；根据$\frac{1}{2}{v}^{2}=gh$可知，图象应为过原点的直线，B正确、ACD错误．
故答案为：（1）C、B
（2）1.84
（3）B

点评 解答实验问题的关键是明确实验原理、实验目的，了解具体操作．掌握动能变化量和重力势能减小量的求法，知道某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．