Question

（1）“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖1甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結點，OB和OC為細繩套．圖1乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖．
①圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是

 

．
②在本實驗中，兩次拉橡皮條時，都需要將橡皮條拉到

 

，這樣做的目的是

 

．
（2）某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律．已知當地的重力加速度g=9.80m/s²
①實驗小組選出一條紙帶如圖乙所示，其中O點為打點計時器打下的第一個點，A、B、C為三個計數點，在計數點A和B、B和C之間還各有一個點，測得h₁=12.01cm，h₂=19.15cm，h₃=27.86cm．打點計時器通以50Hz的交流電．根據以上數據算出：當打點計時器打到B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了

 

J；此時重錘的動能比開始下落時增加了

 

 J，根據計算結果可以知道該實驗小組在做實驗時出現的問題是

 

．（重錘質量m已知）
②在圖乙所示的紙帶基礎上，某同學又選取了多個計數點，并測出了各計數點到第一個點O的距離h，算出了各計數點對應的速度v，以h為橫軸，以

v2

2

為縱軸畫出的圖線應是如圖3中的

 

．圖線的斜率表示

 

．

Answer 1

分析：（1）在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中：需要注意的問題是：①彈簧秤與木板平面平行；②確定力的方向時取點越遠越好，即繩越細越長越好；③確定方向時不能碰到線；④夾角既不能太大也不能太小；⑤畫力的圖示時使用同一的標度；⑥將節點拉到相同的位置保證效果相同，了解這些注意事項即可正確解答本題．
（2）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，從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．
利用圖象問題結合數學知識處理物理數據是實驗研究常用的方法．我們更多的研究直線圖形，找出其直線的斜率和截距．

解答：解：（1）①F₁與F₂合力的實驗值是指通過實驗得到值，即用一個彈簧拉繩套時測得的力的大小和方向，而理論值（實際值）是指通過平行四邊形得出的值，故F′是力F₁與F₂合力的實驗值，其方向一定沿AO方向．
②為了使彈簧兩次拉橡皮條的效果相同，要求在同一次實驗中，O點位置不動；為了體現合力和分力的效果相同，同時便于作圖比較合力的理論值和實驗值，要求分力與合力在同一平面內，
（2）：①根據重力勢能的定義式得出：
當打點計時器打在B點時，重錘的重力勢能的減少量為△E_P=mgh₂=1.88m，
利用勻變速直線運動的推論
v_B=

xAC

tAC

=

h3-h1

4T

=

0.2786-0.1201

4×0.02

m/s=1.98m/s
△E_K=E_kB-0=

1

2

mv_B²=1.96m．
以上發現：△E_K＞△E_P，說明打出的第一個點已經具有了一定的速度．
該實驗小組在做實驗時出現的問題可能原因是實驗時先釋放紙帶，然后再接通打點計時器的電源．
②利用

1

2

v²-h圖線處理數據，物體自由下落過程中機械能守恒，mgh=

1

2

mv²，即

1

2

v²=gh
由于打出的第一個點已經具有了一定的速度，所以h為0時，v已經不為0呢．
所以以

1

2

v²為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應是圖乙中D．
那么

1

2

v²-h圖線的斜率就等于重力加速度g．
故答案為：（1）①F′
②相同位置，保證前后兩次拉橡皮條時的效果相同
（2）①1.88m，1.96m，該實驗小組做實驗時先釋放了紙帶，然后再合上打點計時器的電鍵 或者 釋放紙帶時手抖動了
②D，重力加速度g

點評：該題比較全面的考察了驗證平行四邊形定則中的基礎知識，對于這些基礎知識和要求即要通過實驗進行切身體會，同時也要通過練習加深理解．
對于物理量線性關系圖象的應用我們要從兩方面：1、從物理角度找出兩變量之間的關系式2、從數學角度找出圖象的截距和斜率，兩方面結合解決問題．
要能夠找出斜率和截距的物理意義，我們必須要從物理角度找出兩個物理變量的關系表達式．