Question

16．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中
（1）將下列主要的實驗步驟，按照實驗的合理順序把步驟前的字母序號填在題后橫線上：
A．用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器處；
B．將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過固定在鐵架臺上的打點計時器的限位孔；
C．取下紙帶，在紙帶上選點跡清晰的幾點，測出它們與第一個點的距離，并算出重物在打下這幾個點時的瞬時速度；
D．接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落；
E．查出當?shù)氐闹亓�加速度g的值，算出打下各計數(shù)點時的動能和相應(yīng)的減少的重力勢能，比較它們是否相等；
F．把測量和計算得到的數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格里．
答：BADCFE．
（2）物體重力勢能的減少量和動能的增加量相應(yīng)相比，實際上哪個值應(yīng)偏小些？原因是什么？
答：動能的增加量，阻力做負功．
（3）若自由下落的重物質(zhì)量為1kg，獲得一條紙帶數(shù)據(jù)如圖所示，單位是cm，g取9.8m/s²，打點的時間間隔為0.02s．求：
①打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度v_B=0.98m/s．
②從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，重力勢能的減少量△E_P=0.49J．此過程中物體動能的增量△E_K=0.48J．（保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理確定需要測量的物理量，從而確定不必要的步驟．根據(jù)安裝器材、進行實驗、數(shù)據(jù)處理的順序排列步驟．
（2）因存在阻力，導致減小的重力勢能沒有完全轉(zhuǎn)化為增加的動能；
（3）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，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．

解答 解：（1）實驗先進行器材的安裝，順序為：BA，然后進行實驗，順序為：D，最后數(shù)據(jù)處理和整理器材，為CFE．
所以合理的順序為：BADCFE．
（2）在下落過程中需要克服阻力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故動能值偏�。�
（3）每兩個點之間有一個計時點，則相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔為T=0.04s．
利用勻變速直線運動的推論得：
重力勢能減小量：△E_p=mgh=1×9.8×0.0501J=0.49J．
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{t}$=$\frac{0.0706-0.0314}{2×0.02}$m/s=0.98m/s
重錘的動能E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1×（0.98）²=0.48J
故答案為：（1）BADCFE；（2）動能的增加量，阻力做負功； （3）0.98 m/s，0.49J，0.48J．

點評 運用運動學公式和動能、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．