Question

【题目】实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题。

（1） 实验操作步骤如下：

A．按实验要求安装好实验装置。

B．使重锤靠近打点计时器，接着先释放重锤，再接通电源， 打点计时器在纸带上打下一系列的点。

C．图为一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点。分别测出若干连续打点A、B、C……与 O点之间的距离h1、h2、h3……。

以上A、B、C三个选项中哪个选项是错误的_________。

（2）已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，结合实验中所测的h1、h2、h3，可得重锤下落到B点时的速度大小为________，纸带从O点下落到B点的过程中，重锤增加的动能为________，减小的重力势能为__________，在误差允许范围内重锤动能增加量______重力势能减少量（填写“大于”、“等于”或“小于”）。

（3）取打下O点时重锤的重力势能为零，计算出该重锤下落不同高度h时所对应的动能Ek 和重力势能Ep，建立坐标系，横轴表示h，纵轴表示Ek和Ep，根据以上数据在图中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ。已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k1=2.94 J/m，请计算图线Ⅱ的斜率k2=____J/m（保留3位有效数字）。重锤和纸带在下落过程中所受平均阻力与重锤所受重力的比值为_________（用k1和k2字母表示）。

Answer 1

【答案】B mgh2 等于 2.80（2.73～2.83均可） （k1用mg表示也可）

【解析】

（1）步骤B中如果先释放纸带后接通电源，有可能会出现小车已经拖动纸带运动一段距离，电源才被接通，那么纸带上只有很小的一段能打上点，大部分纸带没有打上点，纸带的利用率太低；所以应当先接通电源，后让纸带运动．
（2）B点的瞬时速度，则重物动能的增加量△Ek＝mvB2＝，重力势能的减小量为△Ep=mgh2．在误差允许范围内重锤动能增加量等于重力势能减少量；
（3）取打下O点时重物的重力势能为零，因为初位置的动能为零，则机械能为零，每个位置对应的重力势能和动能互为相反数，即重力势能的绝对值与动能相等，而图线的斜率不同，原因是重物和纸带下落过程中需要克服阻力做功．根据图中的数据可以计算计算图线Ⅱ的斜率k2=2.80J/m．根据动能定理得，mgh-fh=mv2，则mg-f=，图线斜率k1＝＝mg，图线斜率k2＝，知k1-f=k2，则阻力f=k1-k2．所以重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为．