题目内容

【题目】利用如图1实验装置探究重锤下落过程中重力势能与动能的转化问题.

①图2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.分别测出若干连续点A、B、C…与 O点之间的距离h1、h2、h3….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,可得重锤下落到B点时的速度大小为
②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3中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的绝对值k1=2.94J/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表示).

【答案】;2.80;
【解析】解:(1)某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,

那么B点的瞬时速度vB= ,(2)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=2.80 J/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

故答案为:(1) ;(2)2.80,

(1)根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度,(2)若机械能守恒,因为初位置的机械能为零,则每个位置动能和重力势能的绝对值应该相等,图线不重合的原因是重物和纸带下落过程中需克服阻力做功.根据动能定理,结合图线的斜率求出阻力与重物重力的比值.

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