Question

8．（1）在利用重錘下落驗證機械能守恒定律的實驗中：某同學在實驗中得到的紙帶如圖所示，其中A、B、C、D是相鄰的四個計時點，它們到運動起始點O的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm．已知當?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，打點計時器所用電源頻率為50Hz，重錘質(zhì)量為1.00kg．請根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算重物由O點運動到C點的過程中，重力勢能的減少量為7.62 J，動能的增加量為7.57J（取三位有效數(shù)字）
（2）甲、乙、丙三名同學分別得到一條紙帶，三條紙帶上第一、二點間的距離分別是1.0mm、1.9mm、4.0mm．那么一定存在操作錯誤的同學是丙，錯誤原因是先釋放重物，后接通電源．

Answer 1

分析 根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出C點的速度，從而得出動能的增加量．

解答 解：（1）重物由O點運動到C點的過程，重力勢能的減少量為：
△E_p=mgh_OC=1×9.8×0.7776J≈7.62J．
C點的瞬時速度為：
v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{0.8573-0.7018}{0.04}$m/s≈3.89m/s，
則動能的增加量為：
△E_k=$\frac{1}{2}$mv_C²=$\frac{1}{2}$×1×3.89²J≈7.57J．
（2）若重錘做自由落體運動，則在0.02s內(nèi)下降的高度為：
h=$\frac{1}{2}$gt²=$\frac{1}{2}$×10×0.02²m=2mm，
可知由此可知乙同學的紙帶最為理想，丙同學所得出的紙帶，開始兩點之間的距離明顯大于2mm，著說明他在操作過程中開始打點時，紙帶已經(jīng)具有了速度，可能原因是先釋放重物，后接通電源（或釋放紙帶初速度不為零等）．所以操作錯誤的是丙同學．
故答案為：（1）7.62，7.57；（2）丙，先釋放重物，后接通電源．

點評 紙帶問題的處理時力學實驗中常見的問題，對于這類問題要熟練應用運動學規(guī)律和推論進行求解，計算過程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．