Question

14．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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對圖中紙帶上的點痕進行測量．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”上
C．用天平測出重錘的質量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)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
其中沒有必要進行的步驟是C，操作不當?shù)牟襟E是B．
②利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度．如下圖是打出的一條紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖2所示．使用電流的頻率為f，則

計算重錘下落的加速度的表達式a=$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}）{f}^{2}}{4}$．（用x₁、x₂、x₃、x₄及f表示）
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增加的動能，其主要原因是重錘和紙帶下落過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻力的大小，若已知當?shù)刂亓�加速度為g，還需要測量的物理量是重錘的質量m．

Answer 1

分析 1、解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有理解了這些才能真正了解具體實驗操作的含義．
2、本實驗需要驗證的是重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，根據(jù)下落的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出瞬時速度的大小，從而求出動能的增加量．

解答 解：①B：將打點計時器應接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C：因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平，故C不需要．
②根據(jù)作差法求出加速度a=$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}）{f}^{2}}{4}$，
③根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上B、D兩點時小車的瞬時速度大小，根據(jù)動能定理得：
$\frac{1}{2}m{{v}_{D}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=（mg-f）（{x}_{2}+{x}_{3}）$
則要求出f，還需要測量的物理量是重錘的質量m．
故答案為：①C；B；②$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}）{f}^{2}}{4}$；③重錘的質量m

點評 只有明確了實驗原理以及實驗的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項實驗操作的具體含義，要熟練應用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓練中要重點加強．