题目内容

18.某同学用图1所示装置探究重力势能与动能转化关系的实验,实验中的某纸带如图2所示,

(1)如图2,A、B、C、D、E为纸带上连续的五个点,O为起始点,各点的距离分别为AB=24.0mm,BC=28.0mm,CD=32.0mm,DE=36.0mm,已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz.重锤的质量为m=0.2kg,则打点计时器在打C点时,物体的速度为1.50m/s,从O到C动能的增加量为0.225J,实际中物体重力势能的减少量一定>动能增加量(填“>”“<”或“=”).(计算中g 取9.8m/s2,结果都保留三位有效数字)
(2)若甲、乙、丙三名同学得到的纸带,它们前两个点间的距离分别是1.8mm、1.9mm、4.0mm.那么一定存在操作错误的同学是丙,错误原因可能是先放纸带后接通电源.

分析 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C点的瞬时速度,从而得出重锤下落到C点的动能.根据下落的高度求出重力势能的减小量.
当物体自由下落时,第一、二两点之间的距离为h=$\frac{1}{2}$gt2≈2mm,由此可正确解答.

解答 解:(1)利用匀变速直线运动的推论得
vC=$\frac{0.028+0.032}{2×0.02}$=1.50m/s,
从O到C动能的增加量为△Ek=$\frac{1}{2}×0.2×$(1.5)2=0.225J
由于存在摩擦阻力,所以实际中物体重力势能的减少量一定>动能增加量.
(2)当物体自由下落时,第一、二两点之间的距离为:h=$\frac{1}{2}$gt2≈2mm,由此可知乙同学的纸带最为理想,丙同学所得出的纸带,开始两点之间的距离明显大于2mm,着说明他在操作过程中开始打点时,纸带已经具有了速度,可能原因是先释放重物,后接通电源(或释放纸带初速度不为零等).
故答案为:(1)1.50,0.225,>
(2)丙;先放纸带后接通电源

点评 解答本题的关键是明确实验原理,以及掌握纸带的处理方法,会通过纸带求解瞬时速度,从而得出动能的变化量.

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