Question

8．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(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A、按照?qǐng)D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(cè)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(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；
F、根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)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)牟襟E，將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在下面，井說明其原因．
答：BCD
（2）利用這個(gè)裝置也可以測(cè)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(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s，點(diǎn)A，C間的距離為s₁，點(diǎn)C、E間的距離為s₂，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(shì)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下落過程中存在著阻力的作用，通過該實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)定該阻力的大�。�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(cè)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(cè)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=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

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)確定不正確或沒有必要的操作步驟．
（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錘下落的加速度．
（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(cè)量的物理量．

解答 解：（1）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．
驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量是否相等，質(zhì)量可以約去，不需要用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量，故C不必要．
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，再釋放重物，故D錯(cuò)誤．
故選：BCD．
（2）根據(jù)${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$得，a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）根據(jù)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(cè)量重錘的質(zhì)量m．
故答案為：（1）BCD；（2）$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$；（3）重錘的質(zhì)量m，mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

點(diǎn)評(píng) 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(shí)解決實(shí)驗(yàn)問題的能力．