Question

15．某同学利用如图1所示的装置做“验证机械能守恒定律的实验”，在本实验中：

（1）现有器材：打点计时器、学生电源、铁架台（包括铁夹）、纸带、附夹子的重锤、刻度尺、秒表、导线若干，其中此实验不需要使用的器材是秒表．
（2）实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上．这样做可以减小（选填“消除”、“减小”或“增大”）纸带与限位孔之间的摩擦．
（3）在实际测量中，重物减少的重力势能通常会略大于 （选填“略大于”、“等于”或“略小于”）增加的动能．
（4）若实验中所用重锤的质量m=0.2kg，打点计时器所用电源的频率为50Hz，正确操作得到的纸带如图2所示，O点对应重锤开始下落的时刻，另选连续的三个计时点A、B、C作为测量的点，图中的数据分别为计数点A、B、C到起始点O的距离，取重力加速度g=9.8m/s²，则从初始位置O到打下计数点B的过程中，重锤的重力势能的减少量为0.92J，打B点时重锤的动能为0.90J（结果均取两位有效数字）．

Answer 1

分析 根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定不需要的测量器材．根据实验中误差的来源确定重力势能的减小量和动能增加量的关系．
根据重锤下降的高度求出重力势能的减小量，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B点的动能．

解答 解：（1）在实验中，打点计时器可以记录时间，所以不需要秒表．
（2）实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上．这样做可以减小纸带与限位孔之间的摩擦．
（3）实验中由于阻力的存在，重锤重力势能的减小量一部分转化为内能，则重力势能的减小量通常会略大于动能的增加量．
（4）从初始位置O到打下计数点B的过程中，重锤的重力势能的减少量△E_p=mgh=0.2×9.8×0.47J≈0.92J，B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.5319-0.4119}{0.04}m/s$=3.00m/s，则B点的动能${E}_{kB}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×9J=0.90J$．
故答案为：（1）秒表，（2）减小，（3）略大于，（4）0.92，0.90．

点评 纸带问题的处理时力学实验中常见的问题，对于这类问题要熟练应用运动学规律和推论进行求解，计算过程中要注意单位的换算和有效数字的保留．