Question

15．在“验证机械能守恒定律的实验”中，已知打点计时器使用的交流电源的周期为0.02s，当地的重力加速度g=9.80m/s²．该实验选取的重锤质量为0.2kg，选取如图所示的一段纸带并测量出相邻各点之间的距离，利用这些数据验证重锤在通过第2点至第5点间的过程中是否遵循机械能守恒定律．通过纸带上的数据可以计算出重锤在第2个点时动能为0.355J，重锤在位置5时的动能为0.603J；重锤从第2点运动至第5点的过程中重力势能的减少量为0.255J，机械能的减小量为0.007J，机械能减少的原因可能是由于纸带与打点计时器之间的摩擦力做负功，造成机械能减小．（写出一条即可）

Answer 1

分析 纸带法实验中，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．

解答 解：根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度有：
v₅=$\frac{{x}_{46}}{2T}$=$\frac{0.0472+0.051}{2×0.02}$=2.455m/s
在第5点位置时重锤的动能为：E_K5=$\frac{1}{2}$mv₅²=0.603J
重力做功等于重力势能的减小量，因此有：
重锤从第2点至第5点间的过程中重力势能的减小量为
△E_P=mgx₂₅=0.2×9.80×（0.0396+0.0434+0.0472）=0.255J
而重锤从第2个点到5个点动能变化量△E_K=0.603-0.355=0.248J
那么机械能的减小量为△E=0.255-0.248=0.007J；
机械能减少的原因可能是由于纸带与打点计时器之间的摩擦力做负功，造成机械能减小；
故答案为：0.603，0.255，0.007，由于纸带与打点计时器之间的摩擦力做负功，造成机械能减小．

点评 用运动学公式、推论和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题，要注意单位的换算和造成机械能减小的原因．