Question

20．某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)．

（1）若從圖示開始釋放紙帶，請(qǐng)指出2處不妥之處．紙帶沒有拉直；重物沒有靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．
（2）改進(jìn)后完成實(shí)驗(yàn)，并得到了紙帶．若質(zhì)量m=0.2kg的重物自由下落，得到如圖乙所示的紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.04s．那么從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下起點(diǎn)O到打點(diǎn)B點(diǎn)的過程中，物體重力勢(shì)能的減少量△E_P=0.456，此過程中物體動(dòng)能的增加量△E_k=0.452（g=9.8m/s²，保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用交流電源，重物應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．
當(dāng)釋放后紙帶在重物的作用下，做自由下落，計(jì)時(shí)器在紙帶上打上一些點(diǎn)．由于點(diǎn)間的時(shí)間均相等，所以可利用位移與時(shí)間去求出瞬時(shí)速度，從而可算出某點(diǎn)的動(dòng)能；再利用下落的高度來算出減少的重力勢(shì)能．最后根據(jù)得出的數(shù)據(jù)來確定機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1））實(shí)驗(yàn)開始時(shí)紙帶應(yīng)該拉直，重物開始釋放時(shí)應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，否則打不到點(diǎn)或打的點(diǎn)太少．
所以實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤：①紙帶沒有拉直，②重物沒有靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 
（2）重力勢(shì)能減小量等于△E_p=mgh=1×9.8×0.2325J=0.456 J．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論
v_B=$\frac{（0.3250-0.1550）m}{2×0.04s}$=2.12m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×0.2×（2.12）²=0.452 J
由此可得到的結(jié)論是在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)機(jī)械能是守恒的．
故答案為：（1）紙帶沒有拉直、重物沒有靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 
（2）0.456    （3）0.452

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道該實(shí)驗(yàn)的原理以及注意事項(xiàng)，掌握求解瞬時(shí)速度的方法．同時(shí)若先釋放紙帶后接通電源．
要知道重物帶動(dòng)紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．重物帶動(dòng)紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢(shì)能減小除了轉(zhuǎn)化給了動(dòng)能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．