Question

【題目】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(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)牟襟E_______（填選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母）。

（2）實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，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)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為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，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打C點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為___________，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打O點(diǎn)和C點(diǎn)的這段時(shí)間內(nèi)重錘的重力勢(shì)能的減少量為________。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。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＝_____________。

（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______（填“大于”或“小于”）重錘動(dòng)能的增加，其原因主要是因?yàn)?/span>_____________。

Answer 1

【答案】BCD mg（S0+S1） 大于 重錘在下落過(guò)程中，會(huì)受到空氣阻力作用，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間也會(huì)有摩擦阻力作用，阻力做負(fù)功。

【解析】

(1)[1]打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓均為交流電壓，故B不恰當(dāng)；本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)比較動(dòng)能增加量與重力勢(shì)能的減少量是否相等，來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，所以只要不要求計(jì)算兩者的具體數(shù)值，可以不測(cè)量質(zhì)量，故C沒(méi)有必要；應(yīng)該是先接通電源，后釋放紙帶，故D不恰當(dāng)；故填BCD。

(2)[2][3] 據(jù)平均速度等于中間時(shí)刻的速度求出打C點(diǎn)時(shí)重錘的速度為

重錘動(dòng)能為

重錘重力勢(shì)能的減少量為：

△Ep=mghOC=mg（S0+S1）

[4] 根據(jù)△x=aT2可得加速度為

(3)[5][6] 由于重錘在下落過(guò)程中，會(huì)受到空氣阻力作用，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間也會(huì)有摩擦阻力作用，所以重錘的重力勢(shì)能的減少量總是大于動(dòng)能的增加量。