Question

为验证机械能守恒，某同学完成实验如下：该同学用如图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，输出电压为6V的频率为50Hz的交流电．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，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1所示安装器件；

B．将打点计时器接到电源的“交流输出”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________。

②设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g．图2是实验得到的一条纸带，0、1、2、3、4为相邻的连续点．根据测得的s₁、s₂、s₃、s₄写出重物由1点到3点势能减少量的表达式_______，动能增量的表达式________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是______ （填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减小量．

Answer

C mg(s3﹣s1) 小于

【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没有必要的步骤以及操作不当的步骤．根据下降的高度求出重力势能的减小量，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、D的速度，从而得出动能的增加量．结合能量守恒分析动能增量与重力势能减小量的关系．

(1)该实验中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，所以不必要测量重锤的质量，故C不必要．

(2)重物由B点到D点重力势能减少量△Ep=mg(s3-s1).

(3)B点的瞬时速度，D点的瞬时速度，则动能的增加量 .

(4)由于重锤下落时要克服阻力做功，可知实验中动能的增加量小于重力势能的减小量．

【点睛】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．