Question

19．用如圖1所示的裝置通過自由落體運(yùn)動“驗證機(jī)械能守恒定律”，打出的紙帶如圖2，其中O為打點計時器（打點頻率50Hz）打下的第一個點，重物的質(zhì)量為0.20kg（重力加速度g=9.80m/s²，計算結(jié)果請保留三位有效數(shù)字）．
（1）下列說法正確的有B．
A．要用天平稱量重錘質(zhì)量
B．選用重物時，同樣大小、形狀的重物應(yīng)選重一點的比較好
C．打點計時器兩限位孔連線不一定要豎直
D．實驗時，當(dāng)松開紙帶讓重錘下落的同時，立即接通電源
（2）從O點到C點減少的重力勢能為0.529J，此過程中動能增加量0.506J．
（3）上述過程重力勢能的減少量大于動能的增加量（填“大于”、“等于”、“小于”），產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．

Answer 1

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項；
紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運(yùn)動的推論，可計算出打出某點時紙帶運(yùn)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．
由于紙帶通過時受到較大的阻力和重錘受到的空氣阻力，重力勢能有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢能的減小量明顯大于動能的增加量．

解答 解：（1）A：驗證機(jī)械能守恒的實驗中，根據(jù)實驗原理，需要驗證下列方程成立mgh=$\frac{1}{2}$mv²，即gh=$\frac{1}{2}$v² 則不需要天平稱量質(zhì)量，故A錯誤；
B：為了減小空氣阻力的影響，在選擇重物時，要選擇密度大的實心金屬球，即選擇質(zhì)量大體積小的重物，故B正確；
C：打點計時器兩限位孔連線一定要豎直，從而減小紙帶受到的阻力，故C錯誤；
D：如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時時器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實驗產(chǎn)生較大的誤差，故D錯誤；
故選：B
（2）利用勻變速直線運(yùn)動的推論有：v_C=$\frac{{x}_{BD}}{2T}$=$\frac{42.0-15.0}{2×3×0.02}×1{0}^{-2}$=2.25m/s
重物由O點運(yùn)動到C點時，重物的重力勢能的減少量為：
△E_p=mgh=0.2×9.8×0.270 J=0.529J．
E_kC=$\frac{1}{2}$mv_C²=$\frac{1}{2}×0.2×2.2{5}^{2}$=0.506J
（3）由（2）可知，重力勢能的減少量＞動能的增加量，原因是紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．
故答案為：（1）B；（2）0.529，0.506；（3）大于，紙帶與打點計時器間有摩擦阻力，或存在空氣阻力．

點評 該題主要考查了驗證機(jī)械能守恒定律的實驗的操作步驟和運(yùn)用運(yùn)動學(xué)規(guī)律、功能關(guān)系去處理實驗數(shù)據(jù)的能力；
運(yùn)用運(yùn)動學(xué)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．