Question

17．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，對紙帶上的點痕進行測量，即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．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；
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或者操作不當?shù)牟襟E是BCD（將其選項對應的字母填在橫線處）
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所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出A距起始點O的距離為s₀，點AC間的距離為s₁，點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在上述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，可以通過該實驗裝置測阻力的大小．若已知當?shù)刂亓�加速度公認的較準確的值為g，還需要測量的物理量是重錘的質量m．試用這些物理量和圖2紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F=m（g-$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$）．

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，只有這樣才能明確每步操作的具體含義．
利用勻變速直線運動的推理△x=aT²可以求出重錘下落的加速度大小．根據(jù)牛頓第二定律有：mg-f=ma，因此只有知道重錘的質量m，即可求出阻力大�。�

解答 解：①A、按照圖示的裝置安裝器件，故A正確；
B、將打點計時器應該接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤，不是操作不當．
C、因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒有必要．
D、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操作不當．
沒有必要進行的或者操作不當?shù)牟襟E是：BCD；
②利用勻變速直線運動的推論有：△x=at²
a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$
③根據(jù)牛頓第二定律有：mg-f=ma，因此只有知道重錘的質量m，即可求出阻力大小．
f=mg-ma=m（g-$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$）．
故答案為：①BCD；②$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$；③重錘的質量m，m（g-$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4}{f}^{2}$）．

點評 紙帶問題的處理是力學實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運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鍵．