Question

15．某实验小组通过自由落体运动验证机械能守恒定律，小组成员选择所需实验仪器，安装好的实验装置如图甲所示（电源已接），乙图是打点计时器的局部放大图，纸带足够长，然后打开电源，移开托住重锤的手，开始实验，请回答：
（1）由如图装置可知该小组的操作存在不合理的地方，请指出其中两条：①打点计时器没有水平安装，两个限位孔不在同一竖直线上；②纸带应该放在复写纸下面；
（2）实验使用频率为50Hz的交流电源，重锤的质量是200g，实验小组在各项操作正确的情况下，得到一条点迹清晰的纸带，把纸带上打的第一点记为计时起点，用毫米刻度尺测量各点到计时起点的距离，如图丙是截取的一小段纸带，A、B、C、D是纸带上连续的四个计时点，打B点时，重锤的动能为1.06J，从开始下落到打B点时重锤减少的重力势能为1.15J．（g取10m/s²，结果保留两位小数）

Answer 1

分析 根据操作中的注意事项寻找不合理的地方．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，从而得出重锤的动能，根据下降的高度求出重力势能的减小量．

解答 解：（1）操作中不合理的地方：
①打点计时器没有水平安装，两个限位孔不在同一竖直线上；
②纸带应该放在复写纸下面；
③释放重锤时，受不应该托着重锤．
（2）B点的瞬时速度为：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{（64.50-51.50）×1{0}^{-2}}{0.04}$m/s=3.25m/s，则重锤的动能${E}_{k}=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×3.2{5}^{2}$J=1.06J．
从开始下落到打B点时重锤减少的重力势能△E_p=mgh=0.2×10×0.5750J=1.15J．
故答案为：（1）：①打点计时器没有水平安装，两个限位孔不在同一竖直线上；②纸带应该放在复写纸下面；③释放重锤时，受不应该托着重锤．
（2）1.06，1.15．

点评 解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能，会根据下降高度求解重力势能的减小量．