Question

某同学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，可以提供输出电压为6V的交流电和直流电，交流电的频率为50Hz．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，对纸带上的点测量并分析，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件；
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，打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
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

 

，操作不当的步骤是

 

．
（2）这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图乙所示．其中0点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点．根据纸带上的测量数据，当打B点时重锤的速度为

 

m/s．（保留3位有效数字）
（3）他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以

v2

2

为纵轴、以h为横轴画出的图象，应是图丙中的

 

．

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；
该实验利用小球经过光电门的平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可知该实验需要验证的关系式为：mgh=

1

2

mv²，由此可以求出该实验中需要验证的关系式．

解答：解：（1）①B：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、

1

2

mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C没有必要．
故答案为：C，B．
（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=

xAC

tAC

=

0.2168-0.1431

2×0.02

=1.84m/s
（3）他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以

v2

2

为纵轴、以h为横轴画出的图象，
根据

1

2

v²=gh，所以应是图中的C．
故答案为（1）①C；B；
（2）1.84；
（3）C．

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，同时加强应用物理规律处理实验问题的能力，注意图象斜率的含义，及有效数字的认识．