Question

17．利用圖甲所示的實驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化問題．

（1）實驗操作步驟如下，請將步驟B補(bǔ)充完整：
A．按實驗要求安裝好實驗裝置；
B．使重物靠近打點計時器，接著先接通電源，后釋放紙帶，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；
C．圖乙為一條符合實驗要求的紙帶，O點為打點計時器打下的第一點．分別測出若干連續(xù)點A、B、C…與O點之間的距離h₁、h₂、h₃…．
（2）已知打點計時器的打點周期為T，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g，結(jié)合實驗中所測得的h₁、h₂、h₃，可得重物下落到B點時的速度大小為$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$，紙帶從O點下落到B點的過程中，重物增加的動能為$\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}）^{2}$，減少的重力勢能為mgh₂．
（3）經(jīng)過多次正確的實驗，總發(fā)現(xiàn)減少的重力勢能大于增加的動能，其原因是有阻力做功．

Answer 1

分析 （1）實驗時為了提高紙帶的利用率，應(yīng)先接通電源后釋放紙帶；
（2）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出B點的速度，從而得出動能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量；
（3）存在摩擦阻力、空氣阻力等其他阻力做功，因此總會發(fā)現(xiàn)減少的重力勢能大于增加的動能．

解答 解：（1）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(yùn)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，后釋放紙帶；
（2）B點的瞬時速度v_B=$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$
則重物動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}）^{2}$
減少的重力勢能為△E_p=mgh₂；
（3）實驗的過程中，紙帶與打點計時器直接存在摩擦阻力，另外還有空氣阻力等阻力做功，會導(dǎo)致減少的重力勢能大于增加的動能；
故答案為：（1）接通電源，釋放紙帶；
（2）$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$；  $\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}）^{2}$；    mgh₂；
（3）有阻力做功．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，驗證重力勢能的減小量與動能的增加量是否相等．以及知道通過求某段時間內(nèi)的平均速度表示瞬時速度．