Question

12．用如圖1所示的實驗裝置探究物體的動能變化和重力做功的關(guān)系時．實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓有交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對圖中紙帶上的點跡進行測量，即可知道物體的動能 變化和重力做功的關(guān)系．
下列幾個操作步驟中：
A．按照圖示，安裝好實驗裝置；
B．將打點計時器接到4～6V的“交流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；
E．測量紙帶上某些點間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中動能的變化是否等于重力做的功．

（1）上述步驟中沒有必要的是C，操作錯誤的是D．（填相應的字母）
（2）使用質(zhì)量為m的重錘和打點計時器探究物體的動能變化和重力做功的關(guān)系實驗中，在選定的紙帶上依次取計數(shù)點如圖2所示，紙帶上所打的點記錄了物體在不同時刻的位置，那么紙帶的左（填“左”或“右”）與重物相連．設(shè)兩計數(shù)點之間的時間間隔均為T，且O為打下的第一個點（初速度為零）．當打點計時器打點“3”時，物體的速度表達式為$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$，若以重物的運動起點O為參考點，到打第“3”點的過程中，在誤差許可的范圍內(nèi)，用來驗證實驗結(jié)論的表達式是$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=gs₃．

Answer 1

分析 （1）通過實驗的原理確定需要測量的物理量，從而確定不需要的測量步驟．實驗時，打點計時器應接交流電源，先接通電源，再釋放紙帶．
（2）紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度．從而求出動能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．

解答 解：（1）因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關(guān)系，故m可約去比較，不需要用天平．故C沒有必要．
開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，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，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，故操作D錯誤．
（2）實驗中重錘是從靜止釋放的，速度逐漸增大，與重錘相連的紙帶速度較小，后面逐漸增大．從圖中可以看出應該是左端與重物相連．
利用勻變速直線運動的推論有：
v₃=$\frac{{x}_{24}}{2T}=\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$
E_k3=$\frac{1}{2}$mv₃²=m$\frac{{（s}_{4}-{s}_{2}）^{2}}{8T}$
以重物的運動起點O為參考點，第“3”點的重力勢能等于E_p=-mgh=-mgs₃ ，
當打第點“3”時物體的機械能表達式為：m$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=mgs₃
即$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=gs₃；
故答案為：（1）C，D；（2）左；$\frac{{s}_{4}-{s}_{2}}{2T}$；$\frac{{{（s}_{4}-{s}_{2}）}^{2}}{8T}$=gs₃

點評 要運用運動學的公式去求解速度大�。�再求出動能．某個位置的重力勢能的求解要規(guī)定零勢能面．只有明確了實驗原理以及實驗的數(shù)據(jù)測量，才能明確各項實驗操作的具體含義，這點要在平時訓練中加強練習．