Question

6．某同學(xué)利用如圖1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．
（1）請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處錯誤：打點計時器應(yīng)該接交流電源，開始時重物應(yīng)該靠近打點計時器．
（2）若所用交流電的頻率為f，該同學(xué)經(jīng)正確操作得到如圖2所示的紙帶，把第一個點記做O，另選連續(xù)的3個點A、B、C作為測量的點，A、B、C各點到O點的距離分別為S₁、S₂、S₃，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g．根據(jù)以上數(shù)據(jù)知，從O點到B點，重物的重力勢能的減少量等于mgs₂，動能的增加量等于$\frac{m{（{s}_{3}-{s}_{1}）}^{2}{f}^{2}}{8}$．（用所給的符號表示）
（3）重力勢能的減少量大于動能的增加量（填“大于”、“等于”、“小于”）的原因是有空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦存在．

Answer 1

分析 （1）打點計時器應(yīng)使用交流電源，重物釋放時應(yīng)緊靠打點計時器．
（2）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．
紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．
（3）由于有空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦存在，重力勢能的減少量大于動能的增加量．

解答 解：（1）打點計時器不能使用直流電源，應(yīng)使用交流電源．重物開始釋放時應(yīng)緊靠打點計時器，否則打不到點或打的點太少．
（2）重力勢能減小量△E_p=mgh=mgs₂．
利用勻變速直線運動的推論得：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{{（s}_{3}-{s}_{1}）f}{2}$，
動能的增加量等于${E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{m（{s}_{3}-{s}_{1}）^{2}{f}^{2}}{8}$，
（3）由于有空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦存在，重力勢能的減少量大于動能的增加量
故答案為：（1）打點計時器應(yīng)該接交流電源，開始時重物應(yīng)該靠近打點計時器
（2）mgs₂，$\frac{m{（{s}_{3}-{s}_{1}）}^{2}{f}^{2}}{8}$（3）大于；有空氣阻力和紙帶與限位孔的摩擦存在

點評 運用運動學(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，學(xué)會誤差的分析，難度不大，屬于基礎(chǔ)題．