Question

用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，實驗所用的電源為學生電源，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，對紙帶上的點跡進行測量、分析，即可驗證機械能守恒定律．
（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：
A．按照圖示的裝置安裝器件；
B．將打點計時器接到電源的“直流”上；
C．先釋放紙帶，再接通電源打出一條紙帶；
D．測量紙帶上某些點間的距離；
E．根據測量的結果，分別計算重錘下落過程中減少的重力勢能和增加的動能．
其中操作不當的步驟是：

 

（填選項對應的字母）
（2）正確操作后打出的紙帶如圖所示，根據打出的紙帶，選取紙帶上連續的五個點A、B、C、D、E，測出AC的距離為s₁，CE的距離為s₂，打點的頻率為f，根據這些條件，計算打C點時重錘下落的速率v_c=

 

（3）實驗中發現，重錘減小的重力勢能大于重錘動能的增量，其主要原因是在重錘下落的過程中存在阻力作用（設阻力恒定），可以通過該實驗裝置測阻力的大小．若已知當地重力加速度為g，重錘的質量為m．試用這些物理量和上圖紙帶上的數據符號表示出重錘在下落過程中受到的阻力大小F=

 

．

Answer 1

分析：解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
紙帶法實驗中，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和加速度，從而求出動能．
運用牛頓第二定律求出阻力．

解答：解：（1）其中操作不當的步驟是：BC
B、電火花和電磁計時器都使用交流電源．
C、實驗時，應先釋放重物，再接通打點計時器電源，由于重物運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理．
（2）利用勻變速直線運動的推論v

t

2

=

.

v

v_C=

xAE

tAE

=

s1+s2

4T

=

(s1+s2)f

4

（3）利用勻變速直線運動的推論△x=at²
a=

s2-s1

(2T)2

=

(s2-s1)f2

4

對重物運用牛頓第二定律得：
mg-f=ma
f=mg-ma=m[g-

(s2-s1)f2

4

]．
故答案為：（1）BC
（2）

(s1+s2)f

4

（3）m[g-

(s2-s1)f2

4

]．

點評：紙帶問題的處理時力學實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，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和加速度．