Question

8．如圖1所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．

（1）所需器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物，此外還需D（填字母代號(hào)）中的器材
A．直流電源、天平及砝碼
B．直流電源、毫米刻度尺
C．交流電源、天平及砝碼
D．交流電源、毫米刻度尺
（2）若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m=1kg，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.02s，取g=9.80m/s²，按實(shí)驗(yàn)要求正確地選出紙帶進(jìn)行測(cè)量，量得連續(xù)三點(diǎn)A、B、C到O的距離分別為s₁=15.55cm，s₂=19.20cm，s₃=23.23cm如圖2所示，那么：紙帶的左端與重物相連；（填左或右）?記錄B點(diǎn)時(shí)，重物的動(dòng)能E_k=1.84J；從重物開(kāi)始下落至B點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能減少量是1.88 J．（保留三位有效數(shù)字）?由此可得出的結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，重物的機(jī)械能守恒．
（3）實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：重錘減小的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能．其原因主要是該實(shí)驗(yàn)中存在阻力作用，因此該組同學(xué)想到可以通過(guò)該實(shí)驗(yàn)測(cè)算平均阻力的大小．則該實(shí)驗(yàn)中存在的平均阻力大小f=0.3N（保留一位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，需要測(cè)量點(diǎn)與點(diǎn)間距，及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作的交流電源；
（2）根據(jù)紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)間距，即可判定連接端；
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；
（3）先根據(jù)推論公式△x=aT²求解加速度，然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解阻力大�。�

解答 解：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（帶導(dǎo)線）、紙帶、復(fù)寫紙、帶鐵夾的鐵架臺(tái)和帶夾子的重物外，還需刻度尺與交流電源，
刻度尺來(lái)測(cè)量點(diǎn)與點(diǎn)間距，而打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要使用交流電源；
（2）根據(jù)紙帶上從A到C，間距越來(lái)越大，則可知，紙帶左端與重物相連；重力勢(shì)能減小量為：
△E_p=mgh=1×9.8×0.1920 J=1.88J．
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論
v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.2323-0.1555}{2×0.02}$=1.92m/s
△E_k=E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×1×（1.92）²=1.84 J．
由上數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，重物的機(jī)械能守恒；
（3）利用加速度公式a=$\frac{△s}{{T}^{2}}$，求得加速度為：
a=$\frac{{x}_{BC}-{x}_{AB}}{{T}^{2}}$=$\frac{0.2323-0.1920-（0.1920-0.1555）}{0.0{2}^{2}}$=9.5 m/s²；
由牛頓第二定律得 mg-f=ma，求得：
f=m（g-a）=1×（9.8-9.5）=0.3N
故答案為：（1）D；（2）左，1.84，1.88，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，重物的機(jī)械能守恒；（3）0.3．

點(diǎn)評(píng) 紙帶問(wèn)題的處理時(shí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的問(wèn)題，對(duì)于這類問(wèn)題要熟練應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和推論進(jìn)行求解，計(jì)算過(guò)程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．
同時(shí)注意本題關(guān)鍵明確實(shí)驗(yàn)原理，能夠通過(guò)紙帶求解重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量，由于阻力的影響，物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)的加速度小于重力加速度；最后掌握牛頓第二定律的應(yīng)用．