Question

用如图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，输出电压为6V的交流电和直流电两种．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，对纸带上的点痕进行测量及相关计算，即可验证机械能守恒定律．

(1)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．先接通电源开关，然后释放悬挂纸带的夹子打出一条纸带；

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．

其中没有必要进行或者操作不当的步骤是____________________．

(2)在一次实验中，质量为m的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图乙所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，长度单位cm，那么从起点O到打下计数点B的过程中重力势能的减少量ΔE_p＝________ J，此过程中重锤动能的增加量ΔE_k＝________ J(g取9.8 m/s²，结果数据均保留至小数点后两位)；通过计算，数值上ΔE_p________ΔE_k(填“＞”“＝”或“＜”)，这是因为_________________________．

Answer

BC 0.49m 0.48m ＞ 纸带和重锤运动过程中受到阻力的作用

【解析】【试题分析】根据实验的原理以及操作中的注意事项确定不正确的操作步骤．
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度．重力势能的减小量略大于动能的增加量，是因为阻力的影响．

(1) 打点计时器的使用的几个注意事项，要检查打点计时器的两个限位孔和纸带的运动方向一致，该实验中，要在同一条竖直线上；打点计时器应该使用4～6V的交流电；要先接通电源开关，然后松开手释放纸带，该次序不能颠倒．因此，以上的几个实验的二个操作步骤都有问题．正确的方法应该是：B：打点计时器应该使用交流电；C.验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，两端都有质量，可以约去，所以不需要测量重锤的质量，故C错误．故操作不当的步骤是BC.

(2) 重力势能减小量△Ep=mgh=9.8×0.0501m J=0.49m J．利用匀变速直线运动的推论;.该同学的计算方法和过程并没有错误．却出现了△EP>△Ek的结果，这一结果是合理的，因为由于阻力的影响，一部分重力势能转化为内能．

【点睛】解决本题的关键知道实验的原理以及误差形成的原因，掌握纸带的处理，会通过纸带求解瞬时速度，难度不大．