Question

20．某同学用如图甲所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”实验．

（1）若从图示开始释放纸带，请指出2处不妥之处．纸带没有拉直；重物没有靠近打点计时器．
（2）改进后完成实验，并得到了纸带．若质量m=0.2kg的重物自由下落，得到如图乙所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s．那么从打点计时器打下起点O到打点B点的过程中，物体重力势能的减少量△E_P=0.456，此过程中物体动能的增加量△E_k=0.452（g=9.8m/s²，保留三位有效数字）

Answer 1

分析 打点计时器应使用交流电源，重物应紧靠打点计时器．
当释放后纸带在重物的作用下，做自由下落，计时器在纸带上打上一些点．由于点间的时间均相等，所以可利用位移与时间去求出瞬时速度，从而可算出某点的动能；再利用下落的高度来算出减少的重力势能．最后根据得出的数据来确定机械能是否守恒．

解答 解：（1））实验开始时纸带应该拉直，重物开始释放时应紧靠打点计时器，否则打不到点或打的点太少．
所以实验操作中存在的两处明显错误：①纸带没有拉直，②重物没有靠近打点计时器 
（2）重力势能减小量等于△E_p=mgh=1×9.8×0.2325J=0.456 J．
利用匀变速直线运动的推论
v_B=$\frac{（0.3250-0.1550）m}{2×0.04s}$=2.12m/s
E_kB=$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}$×0.2×（2.12）²=0.452 J
由此可得到的结论是在实验误差允许的范围内机械能是守恒的．
故答案为：（1）纸带没有拉直、重物没有靠近打点计时器 
（2）0.456    （3）0.452

点评 解决本题的关键知道该实验的原理以及注意事项，掌握求解瞬时速度的方法．同时若先释放纸带后接通电源．
要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．