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下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對下圖紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．



（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測出重錘的質(zhì)量；
D．先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；
E．測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；
F．根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．
其中沒有必要進(jìn)行的步驟是______，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是______．
（2）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值．根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出各點(diǎn)之間的距離如下圖所示．使用交流電的頻率為f，則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a=______．（用s₁、s₂、s₃、s₄及f表示）
（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其主要原因是重錘和紙帶下落過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測阻力的大�。�若已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g，還需要測量的物理量是______．試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示重錘和紙帶在下落的過程中受到的平均阻力大小F=______．

Answer 1

（1）關(guān)于重錘的質(zhì)量可測也可不測，因?yàn)槲矬w的質(zhì)量在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中可以約去，所以沒有必要的步驟是C．打點(diǎn)計(jì)時器應(yīng)接交流電源，所以操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B．
（2）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的推論知，a1=

x3-x1

2T2

=

(x3-x1)f2

2

，a2=

x4-x2

2T2

=

(x4-x2)f2

2

，則加速度a=

a1+a2

2

=

(s3+s4-s1-s2)f2

4

．
（3）根據(jù)牛頓第二定律得，mg-f=ma，則f=mg-ma=m[g-

(s3+s4-s1-s2)f2

4

]．知還需要測量的物理量是重錘的質(zhì)量m．
故答案為：（1）步驟C不必要；步驟B是錯誤的．
（2）a=

(s3+s4-s1-s2)f2

4

（3）重錘的質(zhì)量m，m[g-

(s3+s4-s1-s2)f2

4

]