Question

9．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量為0.20kg的重物拖著紙帶自由下落，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，如圖所示，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02秒，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?.8m/s²，回答以下為題．
（1）紙帶的左（選填“左”或“右”）端與重物相連；
（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流（選填“直流”或“交流”）電源，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源（填“釋放紙帶”或“接通電源”）
（3）從起點(diǎn)P到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過程中物體的重力勢(shì)能減少量△E_p=0.400J，此過程中物體動(dòng)能的增加量△E_k=0.388J；（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）
（4）在上述驗(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)能大于重錘動(dòng)能的增加，其原因是由于在重錘下落的過程中存在阻力作用，通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以測(cè)出重錘在下落過程中受到的平均阻力大小F=0.06N．（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢(shì)能減小量等于重力做功的數(shù)值．應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，要先接通電源，然后再放開紙帶．根據(jù)牛頓第二定律求出阻力的大小．

解答 解：（1）從紙帶上可以看出P點(diǎn)為先打出來的點(diǎn)，重物自由下落，而與重物相連的紙帶在下端，應(yīng)該先打點(diǎn)．所以紙帶的左端應(yīng)與重物相連．
（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源，應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，要先接通電源，然后再放開紙帶，
如果先釋放紙帶后接通電源，有可能會(huì)出現(xiàn)小車已經(jīng)拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)一段距離，電源才被接通，那么紙帶上只有很小的一段能打上點(diǎn)，大部分紙帶沒有打上點(diǎn)，紙帶的利用率太低．所以應(yīng)當(dāng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再放開動(dòng)紙帶．
（3）重力勢(shì)能減小量△E_p=mgh=0.2×9.8×0.2043J=0.400J．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：
v_B=$\frac{0.2456-0.1668}{2×0.02}$=1.97m/s
動(dòng)能增加量△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×0.2×1.9{7}^{2}$=0.388J．
（4）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：x_BC-x_AB=aT² 
a=$\frac{0.2456-0.2043-（0.2043-0.1668）}{0.0{2}^{2}}$=9.5m/s²
根據(jù)牛頓第二定律得，mg-F=ma
受到的平均阻力大小F=mg-ma=0.2×9.8-0.2×9.5=0.06N
故答案為：（1）左；（2）交流，接通電源；  （3）0.400，0.388； （4）0.06．

點(diǎn)評(píng) 紙帶問題的處理是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的問題．在紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，計(jì)算過程中要注意單位的換算．