Question

13．（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A．按照如圖1所示的裝置安裝器件；
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量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，再接通電源開關打出一條紙帶；
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．
指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當的步驟，將其選項對應的字母填在下面的空行內．
答：BCD．
（2）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數值，如圖2所示．根據打出的紙帶，
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，
點A、C間的距離為s₁，點C、E間的距離為s₂，使用交流電的頻率為f，則根據這些條件
計算重錘下落的加速度a的表達式為：a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現，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�。�
若已知當地重力加速度公認的較準確的值為g，使用交流電的頻率為f，還需要測量的物理量是重錘質量m．試用這些物理量和紙帶上的測量數據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）打點計時器使用交流電源，驗證機械能守恒不需要測量重錘的質量，實驗時應先接通電源再釋放重物．
（2）根據連續(xù)相等時間內的位移之差是一恒量求出加速度．
（3）根據牛頓第二定律得出阻力的表達式，從而確定所需測量的物理量．

解答 解：（1）打點計時器使用交流電源，故 B錯誤．
驗證機械能守恒，即驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，所以不需要測量重錘的質量，故C錯誤．
實驗時，應先接通電源，再釋放重物，故D錯誤．
故答案為：BCD．
（2）根據${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$，T=$\frac{1}{f}$，解得加速度a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）根據牛頓第二定律得，mg-F=ma，解得阻力F=mg-ma=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$，
根據表達式可知，還需要測量重錘的質量．
故答案為：（1）BCD，（2）$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$
（3）重錘質量m，mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$

點評 本題考查了勻變速直線運動規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實驗中的應用，要提高應用基礎知識解決實驗問題的能力．