Question

用如圖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落下，重錘上拖著的紙帶通過電磁打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可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．將電磁打點計時器接到電源的交流輸出端上；
C．用天平測量出重錘的質量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，后接通電源開關打出-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．
指出其中沒有必要或不恰當的操作步驟是：（將其選項對應的字母填寫在空行內）沒有必要的操作步驟是：

C

不恰當的操作步驟是：

D

（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，測量出A點距起始點O距離為S₀，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=

(S2-S1)f2

4

．
（3）在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現，重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其原因主要是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小，若已知當地的重力加速度值是g，還需要測量的物理量是：

M

試用這些數據和紙帶上的測量數據表示出重錘下落的過程中受到的平均阻力大小F為：F=

mg-m

(S2-S1)f2

4

．

Answer 1

分析：（1）掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項即可正確解答本題；
（2）紙帶實驗中，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加速度；
（3）重物下落過程中受重力和阻力，根據牛頓第二定律求出平均阻力大小．

解答：解：（1）沒有必要進行的步驟是：
因為我們是比較mgh、

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，故選C．
操作不恰當的步驟是：
開始記錄時，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，不利于數據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差，故D錯誤，故選D．
故答案為：C，D．
（2）利用勻變速直線運動的推論△x=at²得：
a=

(S2-S1)

(2T)2

=

(S2-S1)f2

4

；
故答案為：

(S2-S1)f2

4

．
（3）還需要測量的物理量是重錘的質量M．
重物下落過程中受重力mg和阻力F，根據牛頓第二定律得：
F_合=mg-F
F=mg-ma=mg-m

(S2-S1)f2

4

．
故答案為：重錘質量M，mg-m

(S2-S1)f2

4

．

點評：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．