Question

9．在验证机械能守恒定律的实验中，质量为0.20kg的重物拖着纸带自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，已知相邻计数点间的时间间隔为0.02秒，当地的重力加速度为9.8m/s²，回答以下为题．
（1）纸带的左（选填“左”或“右”）端与重物相连；
（2）打点计时器应接交流（选填“直流”或“交流”）电源，实验时应先接通电源（填“释放纸带”或“接通电源”）
（3）从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量△E_p=0.400J，此过程中物体动能的增加量△E_k=0.388J；（结果保留3位有效数字）
（4）在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能大于重锤动能的增加，其原因是由于在重锤下落的过程中存在阻力作用，通过以上实验数据可以测出重锤在下落过程中受到的平均阻力大小F=0.06N．（结果保留1位有效数字）

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和加速度，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．应用打点计时器时，要先接通电源，然后再放开纸带．根据牛顿第二定律求出阻力的大小．

解答 解：（1）从纸带上可以看出P点为先打出来的点，重物自由下落，而与重物相连的纸带在下端，应该先打点．所以纸带的左端应与重物相连．
（2）打点计时器应接交流电源，应用打点计时器时，要先接通电源，然后再放开纸带，
如果先释放纸带后接通电源，有可能会出现小车已经拖动纸带运动一段距离，电源才被接通，那么纸带上只有很小的一段能打上点，大部分纸带没有打上点，纸带的利用率太低．所以应当先接通电源，待打点稳定后再放开动纸带．
（3）重力势能减小量△E_p=mgh=0.2×9.8×0.2043J=0.400J．
利用匀变速直线运动的推论：
v_B=$\frac{0.2456-0.1668}{2×0.02}$=1.97m/s
动能增加量△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×0.2×1.9{7}^{2}$=0.388J．
（4）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：x_BC-x_AB=aT² 
a=$\frac{0.2456-0.2043-（0.2043-0.1668）}{0.0{2}^{2}}$=9.5m/s²
根据牛顿第二定律得，mg-F=ma
受到的平均阻力大小F=mg-ma=0.2×9.8-0.2×9.5=0.06N
故答案为：（1）左；（2）交流，接通电源；  （3）0.400，0.388； （4）0.06．

点评 纸带问题的处理是力学实验中常见的问题．在纸带法实验中，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，计算过程中要注意单位的换算．