Question

如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物；蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动，以替代打点计时器．烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号．如图乙所示．设毛笔接触棒时不影响棒的运动，测得记号之间的距离依次为26.0 mm、50.0 mm、74.0mm、98.0 mm、122.0 mm、146.0 mm，由此可验证机械能守恒定律．已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样．根据以上内容回答下列问题．

(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T=       s．
(2)根据图乙所给的数据可知：毛笔画下记号“3”时，圆柱棒下落的速度       ；画下记号“6”时，圆柱棒下落的速度        ；在毛笔画下记号“3到画下记号“6”的这段时间内，棒的动能的增加量为        J，重力势能的减少量为        J．由此可得出的结论是：          ．(g=，结果保留三位有效数字)

Answer 1

（1）0.05     （2）1.24   2.68   2.82    2.88 
在实验误差允许范围内，圆柱棒下落过程中机械能守恒

解析试题分析：了解该实验装置的原理，它类似于打点计时器，蘸有颜料的毛笔随电动机转一圈就在圆柱棒面上的纸上画出记号，这就像打点计时器每隔一定时间就打一个点．数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样．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．
（1）    毛笔画相邻两条线的时间间隔为电动机的转动周期．
（2）    已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样，即每秒转20周，所以T=0.05s
（3）    利用匀变速直线运动的推论


3到6之间棒的动能的变化量为
根据重力势能的定义式得：
重力势能减小量．
重力势能减小量略大于3、6之间棒的动能的变化量，所以在误差允许范围内圆柱下落过程中机械能守恒．
考点：考查了验证机械能守恒定律的创新实验
点评：该实验装置是根据打点计时器的特点和实验原理进行设计新的实验．数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样．我们对于书本上的实验必须要掌握实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，才能解决设计实验的问题．