Question

12．用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．實驗所用的電源為學(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計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．

①下列列舉了該實驗的n個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的直流輸出端上；
C．用天平測量出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測量打出的紙帶上某些點之間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟骄�，將其選項對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因．
答：步驟B是錯誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重錘的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．
②利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．如圖2所示．根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O的距離為s ₀，點A、C間的距離為s ₁，點C、E間的距離為s ₂，使用交流電的頻率為f，則根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a的表達式為：a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
③在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是因為在重錘下落過程存在著阻力的作用，可以通過該實驗裝置測定該阻力的大�。�若已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度公認的較準(zhǔn)確的值為g，還需要測量的物理量是重錘的質(zhì)量m．試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小為F=$m[g-\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}]$．

Answer 1

分析 ①根據(jù)實驗的原理以及操作中的注意事項確定沒有必要的操作步驟以及不恰當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E．
②根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出重物下落的加速度．
③根據(jù)牛頓第二定律得出阻力的表達式，從而確定還需要測量的物理量．

解答 解：①步驟B是錯誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重錘的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．
②T=$\frac{1}{f}$，根據(jù)${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$得，a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
③根據(jù)牛頓第二定律得，mg-F=ma，則F=mg-ma=$m[g-\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}]$，可知還需要測量重錘的質(zhì)量m．
故答案為：①步驟B是錯誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重錘的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去． ②$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$，③重錘的質(zhì)量m，$m[g-\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}]$．

點評 本題考查了勻變速直線運動規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實驗中的應(yīng)用，要提高應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實驗問題的能力．