Question

18．如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之匀速转动，使之替代打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．测得记号之间的距离依次为26.0mm、50.0mm、74.0mm、98.0mm、122.0mm、146.0mm，已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样．根据以上内容，可得：

（1）毛笔画相邻两条线的时间间隔T=0.05s，图乙中的圆柱棒的左端是悬挂端（填左或右）．
（2）根据乙所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度v_C=1.24m/s；圆柱棒下落的加速度a=9.60m/s²．（结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 了解该实验装置的原理，它类似于打点计时器，蘸有颜料的毛笔随电动机转一圈就在圆柱棒面上的纸上画出记号，这就像打点计时器每隔一定时间就打一个点．数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样．
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，根据△x=aT²求解加速度．

解答 解：（1）毛笔画相邻两条线的时间间隔为电动机的转动周期．
已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样，即每秒转20周，所以T=$\frac{1}{20}=0.05$s，
圆柱下落过程中，毛笔依次从圆柱的下端往上端画，随着时间圆柱是加速运动，在b图中圆柱的左端速度较大，右端速度较小，所以图b中的圆柱棒的左端是悬挂端．
（2）利用匀变速直线运动的推论v_c=$\frac{x}{t}=\frac{0.074+0.050}{0.1}$=1.24m/s，
根据△x=aT²得：a=$\frac{24×1{0}^{-3}}{0.0{5}^{2}}$=9.60m/s²
故答案为：（1）0.05，左；（2）1.24，9.60．

点评 该实验装置是根据打点计时器的特点和实验原理进行设计新的实验．数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样．
我们对于书本上的实验必须要掌握实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，才能解决设计实验的问题．