Question

20．如圖1所示為用電火花打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗裝置．

（1）若已知打點計時器的電源頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，重物質(zhì)量為0.2kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖2所示，打P點時，重物的速度為零，A、B、C為另外3個連續(xù)點，根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，可知重物由P點運動到B點，重力勢能少量△E_p=9.82×10^-2J．（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）
（2）若PB的距離用h表示，打B點時重物的速度為v_B，當(dāng)兩者間的關(guān)系式滿足v_B²=2gh時，說明下落過程中重錘的機械能守恒（已知重力加速度為g）．
（3）實驗中發(fā)現(xiàn)重物增加的動能略小于減少的重力勢能，其主要原因是D
A．重物的質(zhì)量過大
B．重物的體積過小
C．電源的電壓偏低
D．重物及紙帶在下落時受到阻力．

Answer 1

分析 重力勢能減小量：△E_p=mgh；
根據(jù)功能關(guān)系可得出正確表達式；
書本上的實驗，我們要從實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項這幾點去搞清楚．
重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能．

解答 解：（1）重力勢能減小量：△E_p=mgh=0.2×9.8×0.0501J=9.82×10^-2J．
（2）要驗證物體從P到B的過程中機械能是否守恒，
則需滿足$\frac{1}{2}$mv_B²=mgh，即v_B²=2gh，說明下落過程中重錘的機械能守恒；
（3）A、重物的質(zhì)量過大，重物和紙帶受到的阻力相對較小，所以有利于減小誤差，故A錯誤．
B、重物的體積過小，有利于較小阻力，所以有利于減小誤差，故B錯誤．
C、電源的電壓偏低，電磁鐵產(chǎn)生的吸力就會減小，吸力不夠，打出的點也就不清晰了，與誤差的產(chǎn)生沒有關(guān)系，故C錯誤．
D、重物及紙帶在下落時受到阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度，由于阻力做功，重力勢能減小除了轉(zhuǎn)化給了動能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重物增加的動能略小于減少的重力勢能，故D正確．
故選：D
故答案為：（1）9.82×10^-2；
（2）v_B²=2gh；
（3）D．

點評 紙帶問題的處理時力學(xué)實驗中常見的問題，計算過程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留，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正確，并利用所學(xué)物理規(guī)律解決實驗問題，熟練應(yīng)用物理基本規(guī)律，因此這點在平時訓(xùn)練中要重點加強．