题目内容

12.在用图甲所示实验装置做“验证机械能守恒定律”实验时,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz(打点计时器每隔0.02s打一次点),当地的重力加速度g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为500g,实验中得到一条点迹清晰的纸带,如图乙所示,把第一个点记作O(认为打O点时重物下落的速度为0).另取连续4个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm

(1)根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能减少量等于3.81J动能的增加量等于3.78J(结果保留3为有效数字)
(2)请写出两个实验中应注意的事项①限位孔竖直;②纸带竖直.

分析 利用在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小,然后根据动能、势能定义进一步求得动能和势能的变化情况,要注意减小纸带与限位孔之间的摩擦,所以要注意限位孔竖直,纸带竖直.

解答 解:据题知计数点间的时间间隔为 T=0.02s
根据匀变速直线运动的推论:中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,则得打C点时的速度大小:
 vC=$\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.8573-0.7018}{0.04}=3.89m/s$;
重物由O点运动到C点,重力势能减少了△EP=mgh=0.5×9.8×0.7776=3.81J
动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}$=$\frac{1}{2}×0.5×3.8{9}^{2}$=3.78J
(3)本实验中要注意减小纸带与限位孔之间的摩擦,所以要注意限位孔竖直,纸带竖直.
故答案为:(1)3.81;3.78;(2)限位孔竖直;纸带竖直.

点评 此题要掌握平均速度来求瞬时速度的方法;运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题.同时要注意单位的换算和有效数字的保留.

练习册系列答案
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2.利用打点计时器等装置进行实验“验证牛顿第二定律”,已经选用的实验器材有:电磁式打点计时器、细绳和纸带、钩码和小车、一端有滑轮的长木板;

①该验证实验原理的重要科学思想是控制变量法.
②实验室可提供器材:A.天平      B.低压交流电源       C.低压直流电源   D.秒表
E.刻度尺    F.游标卡尺
请根据实验要求选取需要的器材(填字母序号即可,不定项选择)ABE
③在实验中,接通电源与让纸带随物体开始运动,这两个操作的先后顺序应该是:A
A.先接通电源,后释放纸带
B.先释放纸带,后接通电源
C.释放纸带的同时接通电源
D.先释放纸带或先接通电源都可以
④如图所示,某同学在实验中,经过正确操作,得到表示小车运动过程的一条清晰纸带,如图所示:纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s,其中S1=5.12cm、S2=5.74cm、S3=6.41cm、S4=7.05cm、S5=7.68cm、S6=8.33cm,则打F点时小车的瞬时速度的大小是0.80m/s,加速度的大小是0.64m/s2(计算结果均保留两位有效数字).
⑤在验证牛顿第二定律的实验中,以下的作法和理由正确的是 (不定项选择):AD
A.使砂桶的质量m远小于小车总质量M,是为了减小系统误差
B.平衡摩擦力是为减少偶然误差
C.采用描点画图象的方法处理数据,是为了减少系统误差
D.采用逐差法处理数据,是为了减少偶然误差
⑥如图2所示为同学根据测量数据作出的a-F图象,说明实验存在的问题是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.

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