Question

14．用如圖1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，對圖中紙帶上的點痕進行測量．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(zhì)量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，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(jié)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步驟是C，操作不當?shù)牟襟E是B．
②利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度．如下圖是打出的一條紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖2所示．使用電流的頻率為f，則

計算重錘下落的加速度的表達式a=$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}）{f}^{2}}{4}$．（用x₁、x₂、x₃、x₄及f表示）
③在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，其主要原因是重錘和紙帶下落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�加速度為g，還需要測量的物理量是重錘的質(zhì)量m．

Answer 1

分析 1、解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項，只有理解了這些才能真正了解具體實驗操作的含義．
2、本實驗需要驗證的是重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，根據(jù)下落的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出瞬時速度的大小，從而求出動能的增加量．

解答 解：①B：將打點計時器應接到電源的“交流輸出”上，故B錯誤．
C：因為我們是比較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不需要．
②根據(jù)作差法求出加速度a=$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}）{f}^{2}}{4}$，
③根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上B、D兩點時小車的瞬時速度大小，根據(jù)動能定理得：
$\frac{1}{2}m{{v}_{D}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=（mg-f）（{x}_{2}+{x}_{3}）$
則要求出f，還需要測量的物理量是重錘的質(zhì)量m．
故答案為：①C；B；②$\frac{（{x}_{3}+{x}_{4}-{x}_{1}-{x}_{2}）{f}^{2}}{4}$；③重錘的質(zhì)量m

點評 只有明確了實驗原理以及實驗的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項實驗操作的具體含義，要熟練應用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓練中要重點加強．