Question

13．在“驗證機械能守恒定律”的一次實驗中，質(zhì)量為1kg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)點的時間間隔為0.02s，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，回答以下問題，計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字．
（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”）電流，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=0.49J，此過程中物體動能的增加量△E_k=0.48J；
（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，若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=0.20N．

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�。�

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(dāng)先接通電源，待打點穩(wěn)定后再用手牽動紙帶．
（3）重力勢能減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.050J=0.49J．
利用勻變速直線運動的推論：
v_B=$\frac{0.07152-0.03232}{2×0.02}$=0.98m/s
動能增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=0.48J．
（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=$\frac{（0.07152-0.050）-（0.050-0.03232）}{0.0{2}^{2}}$=9.6m/s²
根據(jù)牛頓第二定律得：mg-F=ma
受到的平均阻力大小為：F=mg-ma=1×9.8-1×9.6=0.20N
故答案為：（1）左；（2）交流，接通電源；（3）0.49，0.48；（4）0.20．

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．