Question

圖甲是“利用自由落體運動驗證機械能守恒”的實驗裝置．讓質(zhì)量為m的重物自由下落，打出一條較為理想的紙帶，O為打點計時器在紙帶上打出的第一個點，選取紙帶上連續(xù)打出的五個點A、B、C、D、E，并測量出OA間的距離為s₁，AC間的距離為s₂，CE間的距離為s₃，如圖乙所示．已知打點計時器使用的交流電頻率為f，請你回答：（當?shù)刂亓�加速度g）
（1）在固定打點計時器時，應將其平面處于

豎直

 平面內(nèi)．
（2）手持紙帶保持豎直方向，使重物靜止在靠近打點計時器的地方．接著要完成的是“A、放開紙帶”和“B、接通電源”，這兩個環(huán)節(jié)首先應該完成

B

（填字母）．
（3）與重物相連接的是圖乙中紙帶的

左

端（選填“左”或“右”），打點計時器從打A點到打E點，重物運動的時間為

4

f

．
（4）打點計時器從打第一個點O點到打C點的過程中，重物的重力勢能的減少量為△E_p=

mg（s₁+s₂）

計時器在打O點和C點的這段時間內(nèi)，重物的動能增加量為△E_k=

m(s2+s3)2f2

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．本實驗誤差的主要來源有

空氣阻力

，

交流電頻率波動

（試舉出兩條）．

Answer 1

分析：（1）本題利用自由落體運動的規(guī)律來驗證機械能守恒因此要將打點計時器時固定在豎直平面內(nèi)；
（2）利用紙帶測物體速度的實驗中，要先接通電源，然后釋放紙帶，這樣可以充分利用紙帶；
（3）物體做加速運動，根據(jù)所打點之間距離的變化可以判斷那端與物體相連，根據(jù)打點個數(shù)可以計算運動時間；
（4）紙帶實驗中，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，進一步求出物體的動能變化，根據(jù)下落高度計算重力勢能的變化．

解答：解：（1）若打點計時器沒有固定在豎直平面內(nèi)，物體不可能做自由落體運動，在不能用此裝置驗證機械能守恒．
故答案為：豎直．
（2）開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差．故選B．
故答案為：B．
（3）物體做加速運動，紙帶上的點從左到右間距越來越大，因此重物相連接的是圖乙中紙帶的左端，打點周期為

1

f

，因此從打A點到打E點，重物運動的時間為

4

f

．
故答案為：左；

4

f

．
（4）根據(jù)重力勢能的定義式得：
重力勢能減小量：△E_p=mgh=mg（s₁+s₂）
利用勻變速直線運動的推論得C點的速度為：
vC=

(s2+s3)

4T

=

f(s2+s3)

4

△EK=

1

2

m

v

2 C

=

m(s2+s3)2f2

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實驗誤差的主要來源有：紙帶與打點計時器之間有摩擦；測量間隔距離有誤差；重物下落受到空氣阻力交流電頻率波動，長度測量，數(shù)據(jù)處理方法等．
故答案為：mg（s₁+s₂）；

m(s2+s3)2f2

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；空氣阻力，交流電頻率波動．

點評：紙帶問題的處理是力學實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，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；要知道重物帶動紙帶下落過程中能量轉化的過程和能量守恒．