12．用如圖1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(kāi)始落下，重錘上拖著的紙帶通過(guò)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下列列舉了該實(shí)驗(yàn)的n個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；
C．用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量；
D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶；
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)有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟骄郏瑢⑵溥x項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi)，并說(shuō)明其原因．
答：步驟B是錯(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測(cè)量原理，重錘的動(dòng)能和勢(shì)能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．
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2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)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為s 0，點(diǎn)A、C間的距離為s 1，點(diǎn)C、E間的距離為s 2，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=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
③在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢(shì)能總是大于重錘動(dòng)能的增加，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落過(guò)程存在著阻力的作用，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)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g，還需要測(cè)量的物理量是重錘的質(zhì)量m．試用這些物理量和紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過(guò)程中受到的平均阻力大小為F=$m[g-\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}]$．

分析 ①根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理以及操作中的注意事項(xiàng)確定沒(méi)有必要的操作步驟以及不恰當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E．
②根據(jù)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差是一恒量求出重物下落的加速度．
③根據(jù)牛頓第二定律得出阻力的表達(dá)式，從而確定還需要測(cè)量的物理量．

解答 解：①步驟B是錯(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測(cè)量原理，重錘的動(dòng)能和勢(shì)能中都包含了質(zhì)量m，可以約去．
②T=$\frac{1}{f}$，根據(jù)${s}_{2}-{s}_{1}=a（2T）^{2}$得，a=$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$．
③根據(jù)牛頓第二定律得，mg-F=ma，則F=mg-ma=$m[g-\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}]$，可知還需要測(cè)量重錘的質(zhì)量m．
故答案為：①步驟B是錯(cuò)誤的．應(yīng)該接到電源的交流輸出端．步驟D是錯(cuò)誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶．步驟C不必要，因?yàn)楦鶕?jù)測(cè)量原理，重錘的動(dòng)能和勢(shì)能中都包含了質(zhì)量m，可以約去． ②$\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}$，③重錘的質(zhì)量m，$m[g-\frac{（{s}_{2}-{s}_{1}）{f}^{2}}{4}]$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及牛頓第二定律在具體實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，要提高應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力．

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：多選題

14．如圖所示小球沿水平面通過(guò)O點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的半圓弧軌道后恰能通過(guò)最高點(diǎn)P，然后落回水平面．不計(jì)一切阻力．下列說(shuō)法正確的是（　�。�
A．小球落地點(diǎn)離O點(diǎn)的水平距離為2R
B．小球落地點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為$\frac{5mgR}{2}$
C．小球運(yùn)動(dòng)到半圓弧最高點(diǎn)P時(shí)向心力恰好為零
D．若將半圓弧軌道上部的$\frac{1}{4}$圓弧截去，其他條件不變，則小球能達(dá)到的最大高度比P點(diǎn)高0.5R

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：選擇題

3．在真空中某區(qū)域有一電場(chǎng)，電場(chǎng)中有一點(diǎn)O，經(jīng)過(guò)O點(diǎn)的一條直線上有P、M、N三點(diǎn)，到O點(diǎn)距離分別為r0、r1、r2，直線上各點(diǎn)的電勢(shì)φ分布如圖所示，r表示該直線上某點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，下列說(shuō)法中正確的是（　�。�
A．O、P兩點(diǎn)間各點(diǎn)電勢(shì)相同，沿OP方向場(chǎng)強(qiáng)一定為零
B．M點(diǎn)的電勢(shì)低于N點(diǎn)的電勢(shì)
C．M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度
D．正電荷沿直線從M點(diǎn)移動(dòng)N點(diǎn)的過(guò)程中，電場(chǎng)力做負(fù)功

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：實(shí)驗(yàn)題

20．某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置測(cè)量小滑塊與木板表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ．將足夠長(zhǎng)的木板水平放置，彈簧的一端與固定擋板相連，另一端緊靠帶有遮光條的小滑塊但不與之拴接，先用小滑塊壓縮彈簧至某一位置，釋放后記錄小滑塊上的遮光條通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t，并測(cè)量小滑塊停止時(shí)的位置B與光電門(mén)A的距離L．已知重力加速度為g，彈簧的原長(zhǎng)位置在光電門(mén)左側(cè)．
（1）利用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度如圖乙所示，則遮光條的寬度為d=3.6mm；　　
（2）實(shí)驗(yàn)中是否需要測(cè)量小滑塊的質(zhì)量？答：否（填“是”或“否”）
（3）該同學(xué)重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，記錄多組（t．L）數(shù)據(jù)．并選擇L為縱軸，$\frac{1}{{t}^{2}}$為橫軸，擬合得到一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜的直線．若該直線的斜率為a，則小滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式為μ=$\frac{f7oyxcx^{2}}{2ag}$．（用題目中已有的符號(hào)表示．）

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：實(shí)驗(yàn)題

7．某興趣小組要測(cè)量木塊與較粗糙木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，他們先將粗糙木板水平固定，再用另一較光滑的板做成斜面，傾斜板與水平板間由一小段光滑曲面連接，保證木塊在兩板間通過(guò)時(shí)速度大小不變．
（1）使木塊從相對(duì)水平木板高h(yuǎn)處由靜止滑下，并在水平板上滑行一段距離x后停止運(yùn)動(dòng)，改變h大小，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，若忽略木塊與傾斜板間的摩擦，以x為橫坐標(biāo)、h為縱坐標(biāo)，從理論上得到的圖象應(yīng)為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜向上直線或正比例函數(shù)；
（2）如果考慮木塊與傾斜板之間的摩擦，在改變h時(shí)，他們采取的辦法是：每次改變傾斜板的傾角，讓木塊每次由靜止開(kāi)始下滑的位置在同一條豎直線上，且測(cè)出該豎直線與兩板連接處的水平距離為l，如圖甲所示．將每次實(shí)驗(yàn)得到的h、x相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出的h-x圖象如圖乙所示，圖線的延長(zhǎng)線與兩坐標(biāo)軸的交點(diǎn)坐標(biāo)分別為（-a，0）和（0，b），則木塊與傾斜板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=$\frac{L}$，木塊與水平板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=$\frac{a}$．（以上兩空用a、b和l中的某些物理量表示）

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：解答題

17．為驗(yàn)證機(jī)械能守恒，某同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)如下：該同學(xué)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的頻率為50Hz的交流電和直流電兩種．重錘從高處由靜止開(kāi)始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

①他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟：
A．按照?qǐng)Da示安裝器件；
B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；
C．用天平測(cè)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(cè)量紙帶上某些點(diǎn)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．
其中沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是C，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B．
②設(shè)重錘質(zhì)量為m、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)、重力加速度為g．圖b是實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為相鄰的連續(xù)點(diǎn)．根據(jù)測(cè)得的s1、s2、s3、s4寫(xiě)出重物由B點(diǎn)到D點(diǎn)勢(shì)能減少量的表達(dá)式mg（s3-s1），動(dòng)能增量的表達(dá)式$\frac{m{s}_{4}（{s}_{4}-2{s}_{2}）}{8{T}^{2}}$．由于重錘下落時(shí)要克服阻力做功，所以該實(shí)驗(yàn)的動(dòng)能增量總是小于（填“大于”、“等于”或“小于”）重力勢(shì)能的減小量．
③該同學(xué)根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v，量出下落距離h，并以$\frac{{v}^{2}}{2}$縱軸、以h為橫軸畫(huà)出圖象，應(yīng)是圖中的C．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：實(shí)驗(yàn)題

4．圖甲為測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．AB是半徑足夠大的四分之一固定圓弧軌道，與水平面相切于B點(diǎn)，并在B點(diǎn)固定一光電門(mén)，C點(diǎn)在水平桌面的最右端，在地面上的豎直投影為C′．重力加速度為g，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①用天平測(cè)量物塊和遮光片的總質(zhì)量為m；用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度為d；
②用刻度尺測(cè)量出水平桌面上B、C兩點(diǎn)間距離為l；C、C?的豎直高度為h；
③將帶有遮光片的物塊從最高點(diǎn)A由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)所用的時(shí)間，在物塊落地處標(biāo)記其落點(diǎn)為D；
④重復(fù)步驟③，共做10次；
⑤將10個(gè)落地點(diǎn)用一個(gè)盡量小的圓圍住，用刻度尺測(cè)量圓心到C′的距離為s；算出遮光片經(jīng)過(guò)B點(diǎn)光電門(mén)所用時(shí)間的平均值為△t；
⑥根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出物塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ．
回答下列問(wèn)題：
（1）用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量d時(shí)的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為0.950cm；
（2）物塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkB可用m、d、△t表示為EkB=$\frac{1}{2}m（\fracfer9q1c{△t}）^{2}$；
（3）物塊與水平桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ==$\frac{1}{2gl}（\frac1u1kq5p{△t}）^{2}-\frac{{s}^{2}}{4hl}$；（用已知量或?qū)嶒?yàn)測(cè)量量的字母表示）
（4）實(shí)驗(yàn)步驟④⑤的目的是通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)減小實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：實(shí)驗(yàn)題

1．某同學(xué)把一個(gè)小鐵塊放在一斜劈的頂端，小鐵塊沿斜劈面下滑，如圖所示．他想測(cè)量小鐵塊和斜劈面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，于是找來(lái)一個(gè)電子秤和一個(gè)量角器．他先把小鐵塊和斜劈一起放到電子秤上，電子秤的讀數(shù)為M1，然后將斜劈放在電子秤上，把小鐵塊輕放在斜面頂端，當(dāng)小鐵塊下滑時(shí)，電子秤的讀數(shù)為M2，他用量角器測(cè)量斜劈斜角的傾角為θ．若要測(cè)量小鐵塊與斜劈面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，他還需測(cè)量小鐵塊的質(zhì)量m（填物理量及相應(yīng)字母），用他測(cè)量的物理量表示小鐵塊下滑的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=$tanθ-\frac{{M}_{1}-{M}_{2}}{msinθcosθ}$．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

2．1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核${\;}_7^{14}N$，發(fā)生核反應(yīng)后產(chǎn)生了氧核${\;}_8^{17}O$和一個(gè)新粒子，若核反應(yīng)前氮核靜止，α粒子的速度為6.0×106m/s，核反應(yīng)后氧核的速度大小是2.0×106m/s，方向與反應(yīng)前的α粒子速度方向相同．
①寫(xiě)出此核反應(yīng)的方程式；
②求反應(yīng)后新粒子的速度大�。�

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