Question

6．用如圖所示的實(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(duì)紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放紙帶，然后接通電源，打出一條紙帶；
E．測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能．
其中沒(méi)有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BC（將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線處）

（2）利用這個(gè)裝置也可以測(cè)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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A、C兩點(diǎn)間的距離為s₁，C、E兩點(diǎn)間的距離為s₂，打點(diǎn)周期為T，根據(jù)這些條件計(jì)算重錘下落的加速度a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）在上述驗(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(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過(guò)程中存在阻力作用，可以通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)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，并測(cè)得重錘的質(zhì)量為m．試用這些物理量和圖2紙帶上的數(shù)據(jù)符號(hào)表示出重錘在下落的過(guò)程中受到的平均阻力大小f=$m[g-\frac{{（{s_2}-{s_1}）{f^2}}}{4}]$．

Answer 1

分析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)的原理確定需要測(cè)量的物理量，從而確定不需要的測(cè)量步驟．實(shí)驗(yàn)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源，先接通電源，再釋放紙帶．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)中，先按如圖進(jìn)行準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的交流輸出端上，不應(yīng)用直流輸出端，故B錯(cuò)誤；我們是比較mgh、$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒(méi)有必要；先接通電源，后釋放懸掛紙帶的夾子，讓重物帶著紙帶自由下落；在研究紙帶，進(jìn)行重力勢(shì)能和動(dòng)能增量的比較即可，故選：BC．
（2）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=at²
a=$\frac{△x}{{t}^{2}}$=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}=\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）根據(jù)牛頓第二定律有：mg-f=ma，因此只有知道重錘的質(zhì)量m，即可求出阻力大�。�
f=mg-ma=$m[g-\frac{{（{s_2}-{s_1}）{f^2}}}{4}]$
故答案為：（1）BC；（2）$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$；（3）$m[g-\frac{{（{s_2}-{s_1}）{f^2}}}{4}]$

點(diǎn)評(píng) 紙帶問(wèn)題的處理是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的問(wèn)題．我們可以紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度，求出速度和加速度是解答這類問(wèn)題的關(guān)鍵．