Question

6．驗證“機(jī)械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法，已知所用電火花打點計時器所接電源的頻率為50Hz．查得當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g=9.80m/s²，重物質(zhì)量為mKg，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計時點對應(yīng)刻度尺的讀數(shù)如圖所示．圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是連續(xù)打出的計時點．經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別如圖所示

（1）所用電火花打點計時器所接電源的電壓為220伏的交流電．
（2）重物由O點運(yùn)動到B點時，重物的重力勢能的減少量△E_P=2.74mJ，此過程中物體動能的增加量△E_k=2.70mJ．（保留三位有效數(shù)字）
（3）這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重物的重力勢能的減少量略大于動能的增加量（填“大于”或“小于”），原因是：紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．

Answer 1

分析 紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點時紙帶運(yùn)動的瞬時速度，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．
由于紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢能的減小量明顯大于動能的增加量．

解答 解：（1）電火花打點計時器所接電源的電壓為220伏的交流電；
（2）重物由O點運(yùn)動到B點時，重物的重力勢能的減少量△E_p=mgh=m×9.8×0.28 J=2.74mJ．
利用勻變速直線運(yùn)動的推論
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{{t}_{AC}}$=$\frac{0.328-0.235}{2×0.02}$=2.325m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×m×2.32{5}^{2}$=2.70mJ
（2）這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重物的重力勢能的減少量略大于動能的增加量，原因是紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．
故答案為：（1）220；（2）2.74m，2.70m；
（2）大于，紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．

點評 運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式和動能、重力勢能的定義式解決問題是該實驗的常規(guī)問題．
要注意單位的換算．
要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉(zhuǎn)化的過程和能量守恒．