Question

19．用如图1所示的装置通过自由落体运动“验证机械能守恒定律”，打出的纸带如图2，其中O为打点计时器（打点频率50Hz）打下的第一个点，重物的质量为0.20kg（重力加速度g=9.80m/s²，计算结果请保留三位有效数字）．
（1）下列说法正确的有B．
A．要用天平称量重锤质量
B．选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好
C．打点计时器两限位孔连线不一定要竖直
D．实验时，当松开纸带让重锤下落的同时，立即接通电源
（2）从O点到C点减少的重力势能为0.529J，此过程中动能增加量0.506J．
（3）上述过程重力势能的减少量大于动能的增加量（填“大于”、“等于”、“小于”），产生这种现象的主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．

Answer 1

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项；
纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．
由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．

解答 解：（1）A：验证机械能守恒的实验中，根据实验原理，需要验证下列方程成立mgh=$\frac{1}{2}$mv²，即gh=$\frac{1}{2}$v² 则不需要天平称量质量，故A错误；
B：为了减小空气阻力的影响，在选择重物时，要选择密度大的实心金属球，即选择质量大体积小的重物，故B正确；
C：打点计时器两限位孔连线一定要竖直，从而减小纸带受到的阻力，故C错误；
D：如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误；
故选：B
（2）利用匀变速直线运动的推论有：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点运动到C点时，重物的重力势能的减少量为：
△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，重力势能的减少量＞动能的增加量，原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．
故答案为：（1）B；（2）0.529，0.506；（3）大于，纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．

点评 该题主要考查了验证机械能守恒定律的实验的操作步骤和运用运动学规律、功能关系去处理实验数据的能力；
运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题．
要注意单位的换算．
要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．