题目内容

8.在验证机械能守恒定律的一次实验中,质量为m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,选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O的距离为x0,点A、C间的距离为x1,点C、E间的距离为x2,使用交流电的频率为f,当地的重力加速度为g.回答以下各题.
(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(选填“释放纸带”或“接通电源”)
(3)打C点时,重物的速度vC=$\frac{({x}_{1}+{x}_{2})f}{4}$,重物由O点运动到C点,动能的增加量△Ek$\frac{1}{32}$m(x1+x2)2f2,此过程中重物的重力势能减少量△Epmg(x0+x1)(均写出表达式);
(4)在上述验证机械能守恒定律的实验中,发现重物下落的过程中存在阻力作用,则重物减小的重力势能总是大于 (选填“大于”、“小于”或“等于”)重物增加的动能.

分析 通过相等时间间隔内位移的变化判断纸带的哪一端与重物相连.根据下降的高度求出重力势能的减小量;根据某段时间内平均速度等于中间时间的瞬时速度求出B点的瞬时速度,从而求出动能的变化量,并根据阻力做功,导致重力势能减小量大于动能的增加量.

解答 解:(1)重物在开始下落时速度较慢,在纸带上打的点较密,越往后,物体下落得越快,纸带上的点越稀.所以,纸带上靠近重物的一端的点较密,因此纸带的左端与重物相连.
(2)打点计时器应接交流电源,且先接通电源,再释放纸带;
(3)C点的瞬时速度等于AE段的平均速度,则vC=$\frac{{x}_{AE}}{4T}$=$\frac{({x}_{1}+{x}_{2})f}{4}$.
那么动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$mvC2=$\frac{1}{32}$m(x1+x2)2f2.
而从起点O到打下计数点C的过程中重力势能减少量是△Ep=mg(x0+x1); 
(4)实验中发现重物下落的过程中存在阻力作用,因阻力做功,则导致重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能.
故答案为:(1)左;(2)交流,接通电源;
(3)$\frac{({x}_{1}+{x}_{2})f}{4}$,$\frac{1}{32}$m(x1+x2)2f2,mg(x0+x1); (4)大于.

点评 解决本题的关键掌握验证机械能守恒定律的实验原理,掌握纸带的处理方法,会通过纸带求解加速度和瞬时速度,并学会误差的分析方法.

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