Question

16．用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，已知重力加速度為g，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
①下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；
C．用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；
F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動(dòng)能．
其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是BCD（填寫選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母）
②如圖2所示是實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，將起始點(diǎn)記為O，并在離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的任意點(diǎn)依次選取6個(gè)連續(xù)的點(diǎn)，分別記為A、B、C、D、E、F，量出與O點(diǎn)的距離分別為h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆，使用交流電的周期為T，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則在打E點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為$\frac{{m{{（{h_6}-{h_4}）}^2}}}{{8{T^2}}}$，在打O點(diǎn)和E點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的重力勢(shì)能的減少量為mgh₅．
③在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢(shì)能總是大于（填“大于”或“小于”）重錘增加的動(dòng)能，主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用，為了測(cè)定阻力大小，可算出②問中紙帶各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度，分別記為v₁至v₆，并作${v_n}^2$-h_n圖象，如圖3所示，直線斜率為k，則可測(cè)出阻力大小為$m（g-\frac{k}{2}）$．

Answer 1

分析 ①根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和操作中的注意事項(xiàng)確定不正確的操作步驟；
②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E點(diǎn)的速度，從而得出E點(diǎn)的動(dòng)能，根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量．
③由于阻力的影響，實(shí)驗(yàn)中重錘減小的重力勢(shì)能大于重錘增加的動(dòng)能．根據(jù)圖線的斜率求出重錘下降的加速度，根據(jù)牛頓第二定律求出阻力的大�。�

解答 解：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的交流輸出端，故B錯(cuò)誤．
該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量是否相等，兩端都有質(zhì)量，可以約去，不需要測(cè)量重錘的質(zhì)量，故C不必要．
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，再釋放重物，故D錯(cuò)誤．
選擇沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，故選：BCD．
②E點(diǎn)的瞬時(shí)速度${v}_{E}=\frac{{h}_{6}-{h}_{4}}{2T}$，則E點(diǎn)的動(dòng)能${E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{E}}^{2}$=$\frac{{m{{（{h_6}-{h_4}）}^2}}}{{8{T^2}}}$，打O點(diǎn)和E點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的重力勢(shì)能的減少量為△E_p=mgh₅．
③由于阻力的影響，實(shí)驗(yàn)中重錘減小的重力勢(shì)能大于重錘增加的動(dòng)能．
根據(jù)速度位移公式得，v²=2ah，可知圖線的斜率k=2a，解得加速度a=$\frac{k}{2}$，根據(jù)牛頓第二定律得，mg-f=ma，解得阻力f=mg-ma=$m（g-\frac{k}{2}）$．
故答案為：①BCD      ②$\frac{{m{{（{h_6}-{h_4}）}^2}}}{{8{T^2}}}$，mgh₅，③大于，$m（g-\frac{k}{2}）$．

點(diǎn)評(píng) 只有明確了實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測(cè)量，才能明確各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作的具體含義，要熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點(diǎn)在平時(shí)訓(xùn)練中要重點(diǎn)加強(qiáng)．對(duì)于圖線問題，一般的解題思路是得出物理量之間的關(guān)系式，結(jié)合圖線的斜率或截距分析求解．