Question

12．在“验证机械能守恒定律”的实验中：
（1）下面列举了该实验的某几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器材；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．释放悬挂纸带的夹子，然后接通电源开关打出一条纸带；
D．测量打出的纸带上某些点到第一个打出的点之间的距离；
E．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．
其中，有两个步骤明显错误或不恰当，请将其选项对应的字母填在下面的空行中，并写出相应的正确步骤．
①B、应接到交流电源上?②C、应先打开电源，再放开物体
（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（乙）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点距起点O的距离为s₀，点A、C间的距离为s₁，点C、E间的距离为s₂，相邻两点的时间为T，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a=$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$．

（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增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小．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（写出名称和符号），试用这些物理量和（2）中已经测出的加速度a（可直接用a）表示出重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小F=m（g-a）．（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）通过实验的原理确定错误步骤和不需要的步骤．
（2）根据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）根据牛顿第二定律求出阻力的大小．

解答 解：（1）B：将打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B错误．
C：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C错误．
所以操作不当的步骤有：①步骤B是错误的．应该接到电源的交流输出端．②步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；
没有必要进行的有：步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去．
（2）利用匀变速直线运动的推论△x=at²
a=$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$
（3）还需要测量的物理量是重锤的质量m．
重物下落过程中受重力mg和阻力F，根据牛顿第二定律得：
F_合=mg-F
F=mg-ma=m（g-a）
故答案为：（1）?B、应接到交流电源上；?C、应先打开电源，再放开物体；
（2）$\frac{{{s}_{2}-s}_{1}}{{4T}^{2}}$
（3）重锤的质量m；  m（g-a）

点评 我们做验证实验、探究实验过程中，不能用验证的物理规律和探究的物理结论去求解问题．以及掌握匀变速直线运动的重要推论，并能灵活运用．