Question

12．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)，對紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

①下列列舉了該實(shí)驗(yàn)的n個(gè)操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；
C．用天平測量出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)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(diǎn)之間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能．
指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟骄�，將其選項(xiàng)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(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測量原理，重錘的動(dòng)能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．
②利用這個(gè)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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s ₀，點(diǎn)A、C間的距離為s ₁，點(diǎn)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(jì)算重錘下落的加速度a的表達(dá)式為：a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
③在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動(dòng)能的增加，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程存在著阻力的作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測定該阻力的大小．若已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度公認(rèn)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(shí)驗(yàn)的原理以及操作中的注意事項(xiàng)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(shí)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(dá)式，從而確定還需要測量的物理量．

解答 解：①步驟B是錯(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測量原理，重錘的動(dòng)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(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測量原理，重錘的動(dòng)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(diǎn)評 本題考查了勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，要提高應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實(shí)驗(yàn)問題的能力．