Question

12．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中：
（1）下面列舉了該實驗的某幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器材；
B．將打點計時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到第一個打出的點之間的距離；
E．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是否等于增加的動能．
其中，有兩個步驟明顯錯誤或不恰當，請將其選項對應(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)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s₀，點A、C間的距離為s₁，點C、E間的距離為s₂，相鄰兩點的時間為T，則根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a的表達式為：a=$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$．

（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，其原因主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用，我們可以通過該實驗裝置測定該阻力的大�。�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(zhì)量m（寫出名稱和符號），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）通過實驗的原理確定錯誤步驟和不需要的步驟．
（2）根據(jù)相等時間內(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：將打點計時器應(yīng)接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C：開始記錄時，應(yīng)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C錯誤．
所以操作不當?shù)牟襟E有：①步驟B是錯誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．②步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶；
沒有必要進行的有：步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重錘的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．
（2）利用勻變速直線運動的推論△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）

點評 我們做驗證實驗、探究實驗過程中，不能用驗證的物理規(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動的重要推論，并能靈活運用．