Question

用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過(guò)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；
B．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的交流輸出端上；
C．用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放懸掛紙帶的夾子，后接通電源開關(guān)打出-條紙帶；
E．測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；
F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能．
指出其中沒(méi)有必要或不恰當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E是：（將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填寫在空行內(nèi)）沒(méi)有必要的操作步驟是：

C

不恰當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E是：

D

（2）利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值．如圖所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)量出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O距離為S₀，點(diǎn)A、C間的距離為S₁，點(diǎn)C、E間的距離為S₂，使用交流電的頻率為f，則根據(jù)這些條件計(jì)算重錘下落的加速度a的表達(dá)式為：a=

(S2-S1)f2

4

．
（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，其原因主要是重錘下落過(guò)程中存在著阻力的作用．可以通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定該阻力的大小，若已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度值是g，還需要測(cè)量的物理量是：

M

試用這些數(shù)據(jù)和紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)表示出重錘下落的過(guò)程中受到的平均阻力大小F為：F=

mg-m

(S2-S1)f2

4

．

Answer 1

分析：（1）掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)即可正確解答本題；
（2）紙帶實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度；
（3）重物下落過(guò)程中受重力和阻力，根據(jù)牛頓第二定律求出平均阻力大�。�

解答：解：（1）沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是：
因?yàn)槲覀兪潜容^mgh、

1

2

mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒(méi)有必要，故選C．
操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是：
開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重錘，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故D錯(cuò)誤，故選D．
故答案為：C，D．
（2）利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=at²得：
a=

(S2-S1)

(2T)2

=

(S2-S1)f2

4

；
故答案為：

(S2-S1)f2

4

．
（3）還需要測(cè)量的物理量是重錘的質(zhì)量M．
重物下落過(guò)程中受重力mg和阻力F，根據(jù)牛頓第二定律得：
F_合=mg-F
F=mg-ma=mg-m

(S2-S1)f2

4

．
故答案為：重錘質(zhì)量M，mg-m

(S2-S1)f2

4

．

點(diǎn)評(píng)：帶問(wèn)題的處理是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的問(wèn)題．我們可以紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度．