Question

13．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的一次實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，如圖所示，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.8m/s²，回答以下問(wèn)題，計(jì)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(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流（選填“直流”或“交流”）電流，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源（填“釋放紙帶”或“接通電源”）；
（3）從起點(diǎn)P到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中物體的重力勢(shì)能減少量△E_P=0.49J，此過(guò)程中物體動(dòng)能的增加量△E_k=0.48J；
（4）在上述驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢(shì)能大于重錘動(dòng)能的增加，若其原因是由于在重錘下落的過(guò)程中存在阻力作用，通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以測(cè)出重錘在下落過(guò)程中受到的平均阻力大小F=0.20N．

Answer 1

分析 紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功能關(guān)系得重力勢(shì)能減小量等于重力做功的數(shù)值．應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，要先接通電源，然后再放開(kāi)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(diǎn)為先打出來(lái)的點(diǎn)，重物自由下落，而與重物相連的紙帶在下端，應(yīng)該先打點(diǎn)．所以紙帶的左端應(yīng)與重物相連．
（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接交流電源，應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，要先接通電源，然后再放開(kāi)紙帶，
如果先釋放紙帶后接通電源，有可能會(huì)出現(xiàn)小車(chē)已經(jīng)拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，大部分紙帶沒(méi)有打上點(diǎn)，紙帶的利用率太低．所以應(yīng)當(dāng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再用手牽動(dòng)紙帶．
（3）重力勢(shì)能減小量為：△E_p=mgh=1×9.8×0.050J=0.49J．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：
v_B=$\frac{0.07152-0.03232}{2×0.02}$=0.98m/s
動(dòng)能增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=0.48J．
（4）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(diǎn)評(píng) 紙帶問(wèn)題的處理是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的問(wèn)題．在紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，計(jì)算過(guò)程中要注意單位的換算．