Question

（2008?廣州模擬）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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(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．測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)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(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說明其原因．
答：

步驟B是錯誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?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．

（寫在答題卷上）

（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(diǎn)A、B、C、D、E，測出A距起始點(diǎn)O的距離為s₀，點(diǎn)AC間的距離為s₁，點(diǎn)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(jì)算重錘下落的加速度a=

(s2-s1)f2

4

．
（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測阻力的大小．若已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度公認(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g，還需要測量的物理量是

重錘的質(zhì)量m

．試用這些物理量和上圖紙帶上的數(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-

(s2-s1)f2

4

]

．

Answer 1

分析：（1）通過實(shí)驗(yàn)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）打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)接在交流電源上，實(shí)驗(yàn)步驟B是錯誤的．應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶，所以步驟D是錯誤的．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．所以可以不測量質(zhì)量，所以步驟C不必要．
（2）根據(jù)s2-s1=a(2T)2，T=

1

f

得，加速度a=

(s2-s1)f2

4

．
（3）根據(jù)牛頓第二定律得，mg-f=ma，所以f=mg-ma=m[g-

(s2-s1)f2

4

]．
故答案為：①步驟B是錯誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?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．
②a=

(s2-s1)f2

4

③重錘的質(zhì)量m，m[g-

(s2-s1)f2

4

]

點(diǎn)評：解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，會通過勻變速直線運(yùn)動的推論求加速度，以及會通過牛頓第二定律求出阻力的大小．