题目内容

19.在验证机械能守恒的实验中,质量为M的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,如图所示,(相邻计数点的时间间隔为T),纸带的左端与重物相连,测出S1,S2,S3,当地的重力加速度为g,则:
(1)打点计时器打下计数点B时,物体的速度VB=$\frac{{S}_{3}-{S}_{1}}{2T}$.从初速为零的起点O到打下计数点B的过程中重力势能的减少量△EP=MgS2,此过程中物体的动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$M($\frac{{S}_{3}-{S}_{1}}{2T}$)2.
(2)实验中,发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能,造成这种现象的主要原因是C
A.选用的重锤质量过大B.数据处理时出现计算错误
C.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力
D.实验时操作不够细,实验数据测量不准确
(3)该实验得出的实验结论是在误差允许的范围内,机械能守恒.

分析 纸带法实验中,若纸带匀变速直线运动,测得纸带上的点间距,利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度.从而求出动能的增加量.根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值.
重物下落过程中不可避免的受到阻力作用,重力势能不可能全部转化为动能,这是误差的主要来源.

解答 解:(1)利用匀变速直线运动的推论得:vB=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{{S}_{3}-{S}_{1}}{2T}$;
从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是:△Ep=mgh=MgS2.
此过程中物体动能的增加量是:△Ek=$\frac{1}{2}$MvB2=$\frac{1}{2}$M($\frac{{S}_{3}-{S}_{1}}{2T}$)2
(2)A、由于验证机械能公式中可以把物体质量约掉,因此与质量无关,故A错误.
BD、数据处理时出现计算错误,及操作不够细,实验数据测量不准确,不一定总是大于,也可能小于,故BD错误.
C、空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力,导致减小的重力势能没有完全转化为动能.故C正确.
故选:C.
(3)通过实验得出的结论是:在误差允许的范围内,重力势能的减少量等于动能的增加量,即机械能守恒.
故答案为:(1)$\frac{{S}_{3}-{S}_{1}}{2T}$,MgS2,$\frac{1}{2}$M($\frac{{S}_{3}-{S}_{1}}{2T}$)2;(2)C;(3)在误差允许的范围内,机械能守恒.

点评 纸带问题的处理时力学实验中常见的问题.我们可以纸带法实验中,若纸带匀变速直线运动,测得纸带上的点间距,利用匀变速直线运动的推论,可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度;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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