题目内容

在利用重锤自由下落“验证机械能守恒定律”的实验中,在打出纸带并测量出第n点到第1点的距离后,用公式vn=ngT(T为打点时间间隔)来计算打第n点时重锤的速度,然后计算重锤动能的增量ΔEk和重锤重力势能的减少量ΔEp,计算时常出现ΔEk>ΔEp的结果,试分析其中的原因.

如果采用〔其中hn+1和hn-1分别是第(n+1)点和(n-1)点到第1点的距离〕来计算vn,又经常出现ΔEk<ΔEp的结果.其原因又是什么?

解析:用vn=ngT计算速度进而计算动能时,已经默认了物体严格地做自由落体(没有考虑实验中误差)

本题对于ΔEk>ΔEp,可从如下两方面进行分析:

(1)由于重锤和纸带受到阻力,它们下落的实际加速度a将小于重力加速度,而利用重力加速度g来计算速度v=n·g·T,将使得v值偏大.

(2)在先接通电源使打点计时器工作,再让纸带从静止释放的步骤中,常常容易造成纸带上记录下来的最初两点之间的时间间隔小于0.02 s,计算中仍按0.02 s计算,也将使得速度值v=n·g·T偏大.

从计算原理来看,题中关于重力势能的减少量的计算都是正确的,第二种方法计算出的ΔEk也是符合实际的,出现ΔEk<ΔEp的原因是由于重锤和纸带都受到阻力作用,因此机械能有损失,ΔEp=ΔEk+W(阻力做功),ΔEp>ΔEk.


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