Question

13．（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：
A．按照如圖1所示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時器接到電源的直流輸出端上；
C．用天平測量出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，再接通電源開關(guān)打出一條紙帶；
E．測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)．
答：BCD．
（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，
選取紙帶上打出的連續(xù)五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為，
點(diǎn)A、C間的距離為s₁，點(diǎn)C、E間的距離為s₂，使用交流電的頻率為f，則根據(jù)這些條件
計(jì)算重錘下落的加速度a的表達(dá)式為：a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，
其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測定該阻力的大�。�
若已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度公認(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g，使用交流電的頻率為f，還需要測量的物理量是重錘質(zhì)量m．試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小為F=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

Answer 1

分析 （1）打點(diǎn)計(jì)時器使用交流電源，驗(yàn)證機(jī)械能守恒不需要測量重錘的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)時應(yīng)先接通電源再釋放重物．
（2）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出加速度．
（3）根據(jù)牛頓第二定律得出阻力的表達(dá)式，從而確定所需測量的物理量．

解答 解：（1）打點(diǎn)計(jì)時器使用交流電源，故 B錯誤．
驗(yàn)證機(jī)械能守恒，即驗(yàn)證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，所以不需要測量重錘的質(zhì)量，故C錯誤．
實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)先接通電源，再釋放重物，故D錯誤．
故答案為：BCD．
（2）根據(jù)${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$，T=$\frac{1}{f}$，解得加速度a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）根據(jù)牛頓第二定律得，mg-F=ma，解得阻力F=mg-ma=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$，
根據(jù)表達(dá)式可知，還需要測量重錘的質(zhì)量．
故答案為：（1）BCD，（2）$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$
（3）重錘質(zhì)量m，mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$

點(diǎn)評 本題考查了勻變速直線運(yùn)動規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，要提高應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決實(shí)驗(yàn)問題的能力．