Question

6．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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量，即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．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質量；
D．先釋放紙帶，然后接通電源，打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)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．
其中沒有必要進行的或者操作不當?shù)牟襟E是BC（將其選項對應的字母填在橫線處）

（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A、B、C、D、E，測出A、C兩點間的距離為s₁，C、E兩點間的距離為s₂，打點周期為T，根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）在上述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的過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻力的大小．若已知當?shù)刂亓�加速度公認的較準確的值為g，并測得重錘的質量為m．試用這些物理量和圖2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=$m[g-\frac{{（{s_2}-{s_1}）{f^2}}}{4}]$．

Answer 1

分析 通過實驗的原理確定需要測量的物理量，從而確定不需要的測量步驟．實驗時，打點計時器應接交流電源，先接通電源，再釋放紙帶．

解答 解：（1）該實驗中，先按如圖進行準備實驗；打點計時器接到電源的交流輸出端上，不應用直流輸出端，故B錯誤；我們是比較mgh、$\frac{1}{2}m{v}^{2}$的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒有必要；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，進行重力勢能和動能增量的比較即可，故選：BC．
（2）利用勻變速直線運動的推論△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）$m[g-\frac{{（{s_2}-{s_1}）{f^2}}}{4}]$

點評 紙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，求出速度和加速度是解答這類問題的關鍵．