Question

15．某同學(xué)利用如圖1所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)”，在本實(shí)驗(yàn)中：

（1）現(xiàn)有器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、鐵架臺（包括鐵夾）、紙帶、附夾子的重錘、刻度尺、秒表、導(dǎo)線若干，其中此實(shí)驗(yàn)不需要使用的器材是秒表．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔在同一豎直線上．這樣做可以減小（選填“消除”、“減小”或“增大”）紙帶與限位孔之間的摩擦．
（3）在實(shí)際測量中，重物減少的重力勢能通常會略大于 （選填“略大于”、“等于”或“略小于”）增加的動能．
（4）若實(shí)驗(yàn)中所用重錘的質(zhì)量m=0.2kg，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，正確操作得到的紙帶如圖2所示，O點(diǎn)對應(yīng)重錘開始下落的時(shí)刻，另選連續(xù)的三個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)A、B、C作為測量的點(diǎn)，圖中的數(shù)據(jù)分別為計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C到起始點(diǎn)O的距離，取重力加速度g=9.8m/s²，則從初始位置O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過程中，重錘的重力勢能的減少量為0.92J，打B點(diǎn)時(shí)重錘的動能為0.90J（結(jié)果均取兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理確定所需測量的物理量，從而確定不需要的測量器材．根據(jù)實(shí)驗(yàn)中誤差的來源確定重力勢能的減小量和動能增加量的關(guān)系．
根據(jù)重錘下降的高度求出重力勢能的減小量，根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出B點(diǎn)的速度，從而得出B點(diǎn)的動能．

解答 解：（1）在實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以記錄時(shí)間，所以不需要秒表．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔在同一豎直線上．這樣做可以減小紙帶與限位孔之間的摩擦．
（3）實(shí)驗(yàn)中由于阻力的存在，重錘重力勢能的減小量一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則重力勢能的減小量通常會略大于動能的增加量．
（4）從初始位置O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過程中，重錘的重力勢能的減少量△E_p=mgh=0.2×9.8×0.47J≈0.92J，B點(diǎn)的瞬時(shí)速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.5319-0.4119}{0.04}m/s$=3.00m/s，則B點(diǎn)的動能${E}_{kB}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×9J=0.90J$．
故答案為：（1）秒表，（2）減小，（3）略大于，（4）0.92，0.90．

點(diǎn)評 紙帶問題的處理時(shí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的問題，對于這類問題要熟練應(yīng)用運(yùn)動學(xué)規(guī)律和推論進(jìn)行求解，計(jì)算過程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．