Question

12．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：
（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的某幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器材；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；
C．釋放懸掛紙帶的夾子，然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
D．測量打出的紙帶上某些點(diǎn)到第一個(gè)打出的點(diǎn)之間的距離；
E．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．
其中，有兩個(gè)步驟明顯錯(cuò)誤或不恰當(dāng)，請(qǐng)將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在下面的空行中，并寫出相應(yīng)的正確步驟．
①B、應(yīng)接到交流電源上?②C、應(yīng)先打開電源，再放開物體
（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（乙）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)距起點(diǎn)O的距離為s₀，點(diǎn)A、C間的距離為s₁，點(diǎn)C、E間的距離為s₂，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間為T，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=$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$．

（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增加的動(dòng)能，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用，我們可以通過該實(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（寫出名稱和符號(hào)），試用這些物理量和（2）中已經(jīng)測出的加速度a（可直接用a）表示出重錘在下落過程中受到的平均阻力的大小F=m（g-a）．（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）通過實(shí)驗(yàn)的原理確定錯(cuò)誤步驟和不需要的步驟．
（2）根據(jù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量，求出重錘下落的加速度．
（3）根據(jù)牛頓第二定律求出阻力的大小．

解答 解：（1）B：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B錯(cuò)誤．
C：開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故C錯(cuò)誤．
所以操作不當(dāng)?shù)牟襟E有：①步驟B是錯(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．②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；
沒有必要進(jìn)行的有：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）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=at²
a=$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$
（3）還需要測量的物理量是重錘的質(zhì)量m．
重物下落過程中受重力mg和阻力F，根據(jù)牛頓第二定律得：
F_合=mg-F
F=mg-ma=m（g-a）
故答案為：（1）?B、應(yīng)接到交流電源上；?C、應(yīng)先打開電源，再放開物體；
（2）$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$
（3）重錘的質(zhì)量m；  m（g-a）

點(diǎn)評(píng) 我們做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)過程中，不能用驗(yàn)證的物理規(guī)律和探究的物理結(jié)論去求解問題．以及掌握勻變速直線運(yùn)動(dòng)的重要推論，并能靈活運(yùn)用．