Question

2．用如圖1所示的實(shí)驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律．實(shí)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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即驗證機(jī)械能守恒定律．
（1）下面列舉了該實(shí)驗的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(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．測量紙帶上某些點(diǎn)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．
其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BCD．（只填選項字母）
（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，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A距起始點(diǎn)O的距離為s₀，點(diǎn)AC間的距離為s₁，點(diǎn)CE間的距離為s₂，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$．

（3）實(shí)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的過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗裝置測阻力的大小．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．用上述物理量和重錘的加速度a表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F=mg-ma．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗的原理確定實(shí)驗中不必要的步驟以及錯誤的步驟；
（2）利用勻變速直線運(yùn)動的推理△x=aT²可以求出重錘下落的加速度大小．
（3）根據(jù)牛頓第二定律求出平均阻力的大小，從而確定測量的物理量．

解答 解：（1）重錘的質(zhì)量可測也可不測，因為物體的質(zhì)量在驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗中可以約去，所以沒有必要的步驟是C．
打點(diǎn)計時器應(yīng)接交流電源，所以操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B．釋放懸掛紙帶的夾子前，先接通電源開關(guān)打出一條紙帶，故步驟D是操作不當(dāng)；
（2）根據(jù)周期和頻率之間的關(guān)系可知，AC和CE之間的時間相等，均為：T=$\frac{2}{f}$；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論△x=aT²可得：
a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{{T}^{2}}$=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$
（3）根據(jù)牛頓第二定律得：mg-f=ma，則f=mg-ma；
知還需要測量的物理量是重錘的質(zhì)量m．
故答案為：（1）BCD；（2）$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$（3）重重錘的質(zhì)量m．mg-ma

點(diǎn)評 紙帶問題的處理是力學(xué)實(shí)驗中常見的問題．我們可以紙帶法實(shí)驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點(diǎn)時紙帶運(yùn)動的瞬時速度和加速度，求出速度和加速度是解答這類問題的關(guān)鍵．