Question

12．用如图1所示的实验装置探究物体的动能变化和重力做功的关系时．实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可知道物体的动能 变化和重力做功的关系．
下列几个操作步骤中：
A．按照图示，安装好实验装置；
B．将打点计时器接到4～6V的“交流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中动能的变化是否等于重力做的功．

（1）上述步骤中没有必要的是C，操作错误的是D．（填相应的字母）
（2）使用质量为m的重锤和打点计时器探究物体的动能变化和重力做功的关系实验中，在选定的纸带上依次取计数点如图2所示，纸带上所打的点记录了物体在不同时刻的位置，那么纸带的左（填“左”或“右”）与重物相连．设两计数点之间的时间间隔均为T，且O为打下的第一个点（初速度为零）．当打点计时器打点“3”时，物体的速度表达式为$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$，若以重物的运动起点O为参考点，到打第“3”点的过程中，在误差许可的范围内，用来验证实验结论的表达式是$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=gs₃．

Answer 1

分析 （1）通过实验的原理确定需要测量的物理量，从而确定不需要的测量步骤．实验时，打点计时器应接交流电源，先接通电源，再释放纸带．
（2）纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度．从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答 解：（1）因为我们是比较mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要．
开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故操作D错误．
（2）实验中重锤是从静止释放的，速度逐渐增大，与重锤相连的纸带速度较小，后面逐渐增大．从图中可以看出应该是左端与重物相连．
利用匀变速直线运动的推论有：
v₃=$\frac{{x}_{24}}{2T}=\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$
E_k3=$\frac{1}{2}$mv₃²=m$\frac{{（s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8T}$
以重物的运动起点O为参考点，第“3”点的重力势能等于E_p=-mgh=-mgs₃ ，
当打第点“3”时物体的机械能表达式为：m$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=mgs₃
即$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=gs₃；
故答案为：（1）C，D；（2）左；$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$；$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=gs₃

点评 要运用运动学的公式去求解速度大小．再求出动能．某个位置的重力势能的求解要规定零势能面．只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，这点要在平时训练中加强练习．