Question

19．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(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．測量打出的紙帶上某些點之間的距離；
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在誤差范圍內(nèi)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?shù)牟襟E，將其選項對應的字母填在右邊的橫線上BCD
（2）實驗中得到一條紙帶，如圖2所示．根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O的距離為s₀，點A、C間的距離為s₁，點C、E間的距離為s₂，使用交流電的周期為T，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則ABC．
A．打點計時器打C點時重錘的動能為$\frac{m（{s}_{1}+{s}_{2}）^{2}}{32{T}^{2}}$
B．打點計時器在打O點和C點的這段時間內(nèi)重錘的重力勢能的減少量為mg（s₀+s₁）
C．重錘下落的加速度a的表達式為$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$
D．重錘下落的加速度a的表達式為$\frac{{s}_{1}-{s}_{0}}{4{T}^{2}}$
（3）在本實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于（填“大于”或“小于”）重錘增加的動能，其原因主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用，可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小，試用（2）中已知物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)寫出重錘在下落的過程中受到的平均阻力表達式為f=mg-m$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$．

Answer 1

分析 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．
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(nèi)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：（1）B：將打點計時器接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C：因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒有必要
D：開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，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，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差．故D錯誤．
故選：BCD．
（2）A、勻變速直線運動中，時間中點的速度大小等于該過程中的平均速度大小，因此有：
v_C=$\frac{{{S}_{1}+S}_{2}}{4T}$，
打點計時器打C點時重錘的動能為E_kC=$\frac{1}{2}$m${v}_{C}^{2}$=$\frac{m（{s}_{1}+{s}_{2}）^{2}}{32{T}^{2}}$，故A正確；
B、打點計時器在打O點和C點的這段時間內(nèi)重錘的重力勢能的減少量為mg（s₀+s₁）．故B正確；
C、根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：重錘下落的加速度a的表達式為a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$．故C正確；
D、由于OA的時間間隔不是2T，所以重錘下落的加速度a的表達式不等于$\frac{{s}_{1}-{s}_{0}}{4{T}^{2}}$，故D錯誤；
故選：ABC．
（3）在本實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其原因主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用
重錘下落過程中，受到重力和阻力作用，根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F=ma 
重錘在下落過程中受到的平均阻力的大小F=m（g-a）=mg-m$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$，
故答案為：（1）BCD
（2）ABC
（3）大于；mg-m$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$

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．