题目内容

13.某同学用打点计时器研究物体自由下落过程中动能和势能的变化,来验证机械能守恒定律.实验装置如图1所示.所用电源的频率为50Hz,某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如图所示(图中O是打点计时器打的第一个点,A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点).查得当地的重力加速度g=9.80m/s2.根据纸带求:

(1)若重锤质量为m,则重锤从起始下落至B时,减少的重力势能为1.91mJ;
(2)重锤下落到B时,速度为1.94m/s;
(3)一般情况下物体动能的增加量小于重力势能的减少量(填“大于”、“等于”、“小于”).你认为,产生这种结果的一个可能原因是:重物下落过程中克服阻力做功,重物减少的重力势能没有全部转化为动能.

分析 根据重力势能公式,即可求解减小的重力势能;
再根据平均速度等于中时刻的瞬时速度,即可求解;
该实验为验证性实验,是在知道原理的情况下进行验证,因此求出物体下落时重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可验证,但是由于存在误差,物体下落时克服阻力做功,因此重力势能的减小量略大于动能的增加量.

解答 解:(1)重力势能的减小量为:△EP=mghOB=m×9.8×0.195=1.91mJ
(2)因每打两个点的时间作为计时单位取的计数点,则B点时的速度为:vB=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{0.280-0.125}{2×0.04}$m/s=1.94m/s
(3)在该实验中一定是动能的增加量小于重力势能的减小量,原因是重物下落过程中克服阻力做功,重物减少的重力势能没有全部转化为动能.
故答案为:(1)1.91mJ;(2)1.94m/s;(3)小于;  重物下落过程中克服阻力做功,重物减少的重力势能没有全部转化为动能.

点评 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.

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