Question

8．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A、按照图示的装置安装器件；
B、将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C、用天平测量出重锤的质量
D、释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E、测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F、根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面，井说明其原因．
答：BCD
（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s，点A，C间的距离为s₁，点C、E间的距离为s₂，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）在“验证机械能守恒定律”的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，通过该实验装置可以测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是重锤的质量m．试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理以及操作中的注意事项确定不正确或没有必要的操作步骤．
（2）根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出重锤下落的加速度．
（3）根据牛顿第二定律得出阻力的表达式，从而确定还需要测量的物理量．

解答 解：（1）打点计时器应接到电源的交流输出上，故B错误．
验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，不需要用天平测出重锤的质量，故C不必要．
实验时应先接通电源，再释放重物，故D错误．
故选：BCD．
（2）根据${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$得，a=$\frac{{s}_{2}-{s}_{1}}{4{T}^{2}}$=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
（3）根据牛顿第二定律得，mg-F=ma，则平均阻力F=mg-ma=mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．可知还需要测量重锤的质量m．
故答案为：（1）BCD；（2）$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$；（3）重锤的质量m，mg-$\frac{m（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．

点评 本题考查了匀变速直线运动规律以及牛顿第二定律在具体实验中的应用，要提高应用基础知识解决实验问题的能力．