Question

15．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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即驗(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1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”上；
C．用天平測出重錘的質(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．測量紙帶上某些點(diǎn)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．
其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是BCD（將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在橫線處）
（2）若所用的重物的質(zhì)量為1.0kg，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源頻率為50Hz，打下的紙帶如圖2所示（圖中的數(shù)據(jù)為從起始點(diǎn)0到該點(diǎn)的距離），則在打B點(diǎn)時(shí)，重物的動能E_kB=0.31J從開始下落到打B點(diǎn)時(shí)，重物的重力勢能減小量是0.32J （取兩位有效數(shù)字）．
（3）在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于（填“大于”或“小于”）重錘增加的動能，主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用，為了測量定阻力的大小，可算出紙帶各點(diǎn)對應(yīng)的速度，并作V²_n-h_n圖象，如圖3所示，若重物質(zhì)量用m表示，直線斜率為K，則可測量出阻力大小為$mg-\frac{mk}{2}$．

Answer 1

分析 （1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源，實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源，再釋放重物．
（2）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B點(diǎn)的速度，從而得出B點(diǎn)的動能，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量．
（4）根據(jù)速度位移公式，結(jié)合圖線的斜率求出加速度，根據(jù)牛頓第二定律求出阻力的大�。�

解答 解：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)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，兩邊都有質(zhì)量，可以約去，所以不需要用天平測量重錘的質(zhì)量，故C錯誤．
實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源，再釋放重錘，故D錯誤．
所以沒有必要的步驟或不恰當(dāng)?shù)牟襟E為：BCD．
（2）B點(diǎn)的瞬時(shí)速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{（50.2-18.6）×1{0}^{-3}}{0.04}$m/s=0.79m/s，
重物的動能E_kB=$\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×1×0.7{9}^{2}$≈0.31J；從開始下落到打B點(diǎn)時(shí)，重物的重力勢能減小量△E_p=mgh=1×9.8×0.0324J≈0.32J．
（3）由于阻力的存在，重力勢能的減小量略大于動能的增加量．
根據(jù)${v}_{{n}^{2}}=2ah$，知圖線的斜率k=2a，則a=$\frac{k}{2}$，根據(jù)牛頓第二定律得，mg-f=ma，解得f=$mg-ma=mg-\frac{mk}{2}$．
故答案為：（1）BCD，（2）0.31，0.32，（3）大于，$mg-\frac{mk}{2}$．

點(diǎn)評 明確實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，了解具體操作，掌握勻變速直線運(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．