Question

9．在驗證機械能守恒定律的實驗中，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，如圖所示，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.02秒，當?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）打點計時器應(yīng)接交流（選填“直流”或“交流”）電源，實驗時應(yīng)先接通電源（填“釋放紙帶”或“接通電源”）
（3）從起點P到打下計數(shù)點B的過程中物體的重力勢能減少量△E_p=0.400J，此過程中物體動能的增加量△E_k=0.388J；（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）
（4）在上述驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能大于重錘動能的增加，其原因是由于在重錘下落的過程中存在阻力作用，通過以上實驗數(shù)據(jù)可以測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．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢能減小量等于重力做功的數(shù)值．應(yīng)用打點計時器時，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點為先打出來的點，重物自由下落，而與重物相連的紙帶在下端，應(yīng)該先打點．所以紙帶的左端應(yīng)與重物相連．
（2）打點計時器應(yīng)接交流電源，應(yīng)用打點計時器時，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，有可能會出現(xiàn)小車已經(jīng)拖動紙帶運動一段距離，電源才被接通，那么紙帶上只有很小的一段能打上點，大部分紙帶沒有打上點，紙帶的利用率太低．所以應(yīng)當先接通電源，待打點穩(wěn)定后再放開動紙帶．
（3）重力勢能減小量△E_p=mgh=0.2×9.8×0.2043J=0.400J．
利用勻變速直線運動的推論：
v_B=$\frac{0.2456-0.1668}{2×0.02}$=1.97m/s
動能增加量△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×0.2×1.9{7}^{2}$=0.388J．
（4）根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△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．

點評 紙帶問題的處理是力學(xué)實驗中常見的問題．在紙帶法實驗中，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，計算過程中要注意單位的換算．