题目内容

在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中:若打点计时器所接交流电的频率为50赫兹,甲、乙两条实验纸带,如图所示,应选
甲
甲
纸带好.若已知打点计时器接在电压为U,频率为f的交流电源上,从 实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带,如图所示,选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点的距离为S0,点AC间的距离为S1,点CE间的距离为S2,已知重锤的质量为m,当地的重力加速度为g,则:
①起始点O到打下C点的过程中,重锤重力势能的减少量为△EP=
mg(s0+s1)
mg(s0+s1)
,重锤动能的增加量为△EK=
m(s1+s2)2f2
32
m(s1+s2)2f2
32
.
②根据题中提供的条件,还可利用重锤下落求出当地的重力加速度g=
s2-s1
4
f2
s2-s1
4
f2
,经过计算可知,测量值比当地重力加速度的真实值要小,其主要原因是:
纸带与限位孔之间的摩擦力(或纸带与其它部分的阻力或摩擦阻力)
纸带与限位孔之间的摩擦力(或纸带与其它部分的阻力或摩擦阻力)
.
分析:根据自由落体运动可知,在最初的0.02s内,物体下落的位移为h=
1
2
gt2
=0.0196m来选择纸带.根据重力做功求出重力势能的减小量,以及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C点的速度,从而求出重锤动能的增加量.根据△x=aT2求出当地的重力加速度.
解答:解:根据h=
1
2
gt2
=0.00196m知,自由落体运动第一二两个点的距离大约为0.002m,所以应选甲纸带较好.
重锤重力势能的减少量为△EP=mg(s0+s1).
打C点重锤的速度vC=
s1+s2
4T
=
f(s1+s2)
4
.
则重锤动能的增加量△Ek=
1
2
mvc2=
m(s1+s2)2f2
32
.
由s2-s1=a(
2
f
)2
得,a=
s2-s1
4
f2
.
由于纸带与限位孔之间摩擦力作用、重物受到空气阻力等影响,g测量值比当地重力加速度的真实值要小.
故答案为:甲,mg(s0+s1),
m(s1+s2)2f2
32
,
s2-s1
4
f2
,纸带与限位孔之间的摩擦力(或纸带与其它部分的阻力或摩擦阻力)

点评:本题容易出错的地方是T=
1
f
,要注意区分电源的周期与计数点时间间隔,式中△x=aT2中T是计数点时间间隔.
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