Question

17．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（T=0.02s）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，對紙帶上的點跡進行測量、分析，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．測量重物的質量m；
B．按照如圖的裝置安裝器件；
C．將打點計時器接到電源的“直流”上；
D．先釋放紙帶，再接電源打出一條紙帶；
F．根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能和增加的動能．
其中操作不當的步驟是：CD（填選項對應的字母）
（2）為了盡量減小實驗誤差，請給一條建議密度大些，體積小些；
（3）正確操作后打出的紙帶如圖所示，根據打出的紙帶，在紙帶上選取連續(xù)打出的點A、B、C、D、E、F，計算打C點時重錘下落的速度v_C=1.56m/s，紙帶從O點運動到C點的過程中，重錘動能的增量為1.22m，重錘重力勢能的減小量為1.24m．（保留三位有效數字）（g取10m/s²）
（4）實驗中發(fā)現，重錘減小的重力勢能大于重錘動能的增量，其主要原因是在重錘下落的過程中存在阻力作用（設阻力恒定），可以通過該實驗裝置測阻力的大小，若已知當地重力加速度為g，重錘的質量為m，試用這些物理量和x_AB、x_BC，T表示出重錘在下落過程中受到的阻力大小F=m[g-$\frac{{{x}_{BC}-x}_{AB}}{{T}^{2}}$]．

Answer 1

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
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，從而求出動能，及減小的重力勢能．
運用牛頓第二定律求出阻力．

解答 解：（1）其中操作不當的步驟是：CD；
C、打點計時器使用交流電源．
D、實驗時，應先釋放重物，再接通打點計時器電源，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理．
（2）為了盡量減小實驗誤差，選取阻力較小的重物，即重物的密度大些，體積小些的．
（3）利用勻變速直線運動的推論v${\;}_{\frac{t}{2}}$=$\overline{v}$
因此v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.1571-0.0947}{2×0.02}$=1.56m/s；
紙帶從O點運動到C點的過程中，重錘動能的增量為：E_kc=$\frac{1}{2}m{v}_{c}^{2}$=$\frac{1}{2}×m×1.5{6}^{2}$≈1.22m；
紙帶從O點運動到C點的過程中，重錘重力勢能的減小量為：E_P=mgh_OC=m×10×0.124=1.24m；
（4）利用勻變速直線運動的推論△x=at²
則有a=$\frac{{{x}_{BC}-x}_{AB}}{{T}^{2}}$
對重物運用牛頓第二定律得：
mg-f=ma
f=mg-ma=m[g-$\frac{{{x}_{BC}-x}_{AB}}{{T}^{2}}$]．
故答案為：（1）CD；（2）密度大些，體積小些；（3）1.56，1.22m，1.24m；（4）m[g-$\frac{{{x}_{BC}-x}_{AB}}{{T}^{2}}$]．

點評 紙帶問題的處理時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．