Question

15．某学生利用“研究匀变速直线运动”的实验装置来测量一个质量m=50g的重锤下落时的加速度值，该学生将重锤固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，实验装置如图所示．
（1）以下是该同学正确的实验操作和计算过程，请填写其中的空白部分：
①实验操作：先接通电源，释放纸带，让重锤自由落下，结束后关闭电源．
②取下纸带，取其中的一段标出计数点如图10（b）所示，测出相邻计数点间的距离分别为S₁=2.60cm，S₂=4.14cm，S₃=5.69cm，S₄=7.22cm，S₅=8.75cm，S₆=10.29cm，已知打点计时器的打点间隔T=0.02s，则重锤运动的加速度计算表达式为a=$\frac{（{x}_{6}+{x}_{5}+{x}_{4}）-（{x}_{3}+{x}_{2}+{x}_{1}）}{36{T}^{2}}$，代入数据，可得加速度a=9.60m/s²（计算结果保留三位有效数字）．
（2）该同学从实验结果发现，重锤下落时的加速度比实际的重力加速度小，为了有效地缩小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，请你提出一个有效的改进方法：物体下落过程中存在摩擦阻力．

Answer 1

分析 根据逐差法，根据连续相等时间内的位移之差 是一恒量可以求出物体运动的加速度大小；根据实验原理可知，造成该实验误差的主要原因是物体下落过程中存在摩擦阻力．

解答 解：（1）①实验操作：先接通电源，然后释放纸带，让重锤自由落下，结束后再关闭电源．
②根据匀变速直线运动的推论△x=aT²，有：
x₆-x₃=3a₁（2T）²…①
x₅-x₂=3a₂（2T）²…②
x₄-x₁=3a₃（2T）²…③
a=$\frac{{a}_{1}+{a}_{2}+{a}_{3}}{3}$ …④
联立①②③④解得：a=$\frac{（{x}_{6}+{x}_{5}+{x}_{4}）-（{x}_{3}+{x}_{2}+{x}_{1}）}{36{T}^{2}}$；
代入数据解得：a=9.60m/s²．
（2）根据实验原理可知，造成该实验误差的主要原因是物体下落过程中存在摩擦阻力，一是小球下落的空气阻力，二是纸带和限位孔之间的摩擦．
故答案为：（1）接通电源，结束后关闭电源，；9.60，
（2）物体下落过程中存在摩擦阻力．

点评 明确实验原理，能根据作差法求出加速度，会分析实验误差，对于基础实验要亲自动手进行实际操作，同时加强利用基本物理规律解决实验问题的能力．