Question

8．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）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
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量
D、釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；
E、測量打出的紙帶上某些點之間的距離；
F、根據測量的結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的步驟，將其選項對應的字母填在下面，井說明其原因．
答：BCD
（2）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數值．如圖2所示，根據打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續五個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O的距離為s，點A，C間的距離為s₁，點C、E間的距離為s₂，使用交流電的頻率為f，則根據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”的實驗中發現，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中存在著阻力的作用，通過該實驗裝置可以測定該阻力的大小．若已知當地重力加速度公認的較準確的值為g，還需要測量的物理量是重錘的質量m．試用這些物理量和紙帶上的測量數據表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小為F=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

Answer 1

分析 （1）根據實驗的原理以及操作中的注意事項確定不正確或沒有必要的操作步驟．
（2）根據連續相等時間內的位移之差是一恒量求出重錘下落的加速度．
（3）根據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）打點計時器應接到電源的交流輸出上，故B錯誤．
驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，質量可以約去，不需要用天平測出重錘的質量，故C不必要．
實驗時應先接通電源，再釋放重物，故D錯誤．
故選：BCD．
（2）根據${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$得，a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）根據牛頓第二定律得，mg-F=ma，則平均阻力F=mg-ma=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．可知還需要測量重錘的質量m．
故答案為：（1）BCD；（2）$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$；（3）重錘的質量m，mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

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