Question

6．某同學(xué)用重鍾做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)．讓重錘從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面是本實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟，請(qǐng)?jiān)跈M線上填寫合適的文字．
A．圖1中圖乙 （選填“甲”或“乙”）所示安裝方案更好一些，按此示意圖組裝實(shí)驗(yàn)器材；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到交流（選填“直流”或“交流”）電源上；
C．用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量m=1.00kg；
D．釋放紙帶，然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．重復(fù)步驟D多次，得到多條紙帶．
在以上實(shí)驗(yàn)步驟中，操作不當(dāng)?shù)氖荄（選填步驟前的字母）．
（2）數(shù)據(jù)處理
F．實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖2所示，其中，A為打下的第1個(gè)點(diǎn)，B、C、D、E為距A較遠(yuǎn)的連續(xù)選取的四個(gè)點(diǎn)（其他點(diǎn)未標(biāo)出）．用刻度尺量出B、C、D、E、到A的距離分別為s₁=62.99cm，s₂=70.18cm，s₃=77.76cm，s₄=85.73cm重錘的質(zhì)量為m=1.00kg；電源的頻率為f=50Hz；
G．實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的重力加速度為g=9.80m/s²．
為了驗(yàn)證打下A點(diǎn)到打下D點(diǎn)過程中重錘的機(jī)械能守恒．則應(yīng)計(jì)算出：（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
①打下D點(diǎn)時(shí)重錘的速度v_D=3.89 m/s；
②a重錘重力勢(shì)能的減少量△E_p=7.62J；
③重錘動(dòng)能的增加量△E_k=7.57J．
④根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，重錘從靜止開始到打出D點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 根據(jù)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理及實(shí)驗(yàn)方法選取合理的方案；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源；必須先接通電源后釋放紙帶．
根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出D點(diǎn)的速度，從而得出動(dòng)能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量．

解答 解：（1）A、在用自由落體“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，我們是利用自由下落的物體帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)求得動(dòng)能及變化的勢(shì)能；對(duì)于方案乙，能確保紙帶處于豎直面上，所以乙所示安裝方案更好一些．
B、將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到交流電源；
以上操作步驟中，不確當(dāng)?shù)氖荄，應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶．
（2）D點(diǎn)的瞬時(shí)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，則重錘動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{D}}^{2}=\frac{1}{2}×1×3.8{9}^{2}$=7.57J．
重力勢(shì)能的減小量△E_p=mgs₃=1×9.8×0.7776J=7.62J．
根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，重錘從靜止開始到打出D點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）乙，交流，D          
（2）①3.89②7.62③7.57④在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒

點(diǎn)評(píng) 考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)器材，在記憶實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要注意結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理及方法來記憶．要知道重物帶動(dòng)紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．知道能夠減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法．關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理，以及掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過紙帶求解瞬時(shí)速度和加速度．