Question

19．用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)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打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)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在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動(dòng)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(duì)應(yīng)的字母填在右邊的橫線上BCD
（2）實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s₀，點(diǎn)A、C間的距離為s₁，點(diǎn)C、E間的距離為s₂，使用交流電的周期為T，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則ABC．
A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打C點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為$\frac{m（{s}_{1}+{s}_{2}）^{2}}{32{T}^{2}}$
B．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)和C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi)重錘的重力勢能的減少量為mg（s₀+s₁）
C．重錘下落的加速度a的表達(dá)式為$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$
D．重錘下落的加速度a的表達(dá)式為$\frac{{s}_{1}-{s}_{0}}{4{T}^{2}}$
（3）在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于（填“大于”或“小于”）重錘增加的動(dòng)能，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小，試用（2）中已知物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)寫出重錘在下落的過程中受到的平均阻力表達(dá)式為f=mg-m$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$．

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有理解了這些才能真正了解具體實(shí)驗(yàn)操作的含義．
本實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的是重力勢能的減小量和動(dòng)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(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出瞬時(shí)速度的大小，從而求出動(dòng)能的增加量．

解答 解：（1）B：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上，故B錯(cuò)誤．
C：因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒有必要
D：開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，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(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差．故D錯(cuò)誤．
故選：BCD．
（2）A、勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，時(shí)間中點(diǎn)的速度大小等于該過程中的平均速度大小，因此有：
v_C=$\frac{{{S}_{1}+S}_{2}}{4T}$，
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打C點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為E_kC=$\frac{1}{2}$m${v}_{C}^{2}$=$\frac{m（{s}_{1}+{s}_{2}）^{2}}{32{T}^{2}}$，故A正確；
B、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)和C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi)重錘的重力勢能的減少量為mg（s₀+s₁）．故B正確；
C、根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：重錘下落的加速度a的表達(dá)式為a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$．故C正確；
D、由于OA的時(shí)間間隔不是2T，所以重錘下落的加速度a的表達(dá)式不等于$\frac{{s}_{1}-{s}_{0}}{4{T}^{2}}$，故D錯(cuò)誤；
故選：ABC．
（3）在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動(dòng)能，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
重錘下落過程中，受到重力和阻力作用，根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F=ma 
重錘在下落過程中受到的平均阻力的大小F=m（g-a）=mg-m$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$，
故答案為：（1）BCD
（2）ABC
（3）大于；mg-m$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$

點(diǎn)評(píng) 只有明確了實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作的具體含義，要熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點(diǎn)在平時(shí)訓(xùn)練中要重點(diǎn)加強(qiáng)．