Question

20．如图1所示为用电火花打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．

（1）若已知打点计时器的电源频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s²，重物质量为0.2kg．实验中得到一条点迹清晰的纸带如图2所示，打P点时，重物的速度为零，A、B、C为另外3个连续点，根据图中的数据，可知重物由P点运动到B点，重力势能少量△E_p=9.82×10^-2J．（计算结果保留3位有效数字）
（2）若PB的距离用h表示，打B点时重物的速度为v_B，当两者间的关系式满足v_B²=2gh时，说明下落过程中重锤的机械能守恒（已知重力加速度为g）．
（3）实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是D
A．重物的质量过大
B．重物的体积过小
C．电源的电压偏低
D．重物及纸带在下落时受到阻力．

Answer 1

分析 重力势能减小量：△E_p=mgh；
根据功能关系可得出正确表达式；
书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．
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．

解答 解：（1）重力势能减小量：△E_p=mgh=0.2×9.8×0.0501J=9.82×10^-2J．
（2）要验证物体从P到B的过程中机械能是否守恒，
则需满足$\frac{1}{2}$mv_B²=mgh，即v_B²=2gh，说明下落过程中重锤的机械能守恒；
（3）A、重物的质量过大，重物和纸带受到的阻力相对较小，所以有利于减小误差，故A错误．
B、重物的体积过小，有利于较小阻力，所以有利于减小误差，故B错误．
C、电源的电压偏低，电磁铁产生的吸力就会减小，吸力不够，打出的点也就不清晰了，与误差的产生没有关系，故C错误．
D、重物及纸带在下落时受到阻力，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，所以重物增加的动能略小于减少的重力势能，故D正确．
故选：D
故答案为：（1）9.82×10^-2；
（2）v_B²=2gh；
（3）D．

点评 纸带问题的处理时力学实验中常见的问题，计算过程中要注意单位的换算和有效数字的保留，要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒正确，并利用所学物理规律解决实验问题，熟练应用物理基本规律，因此这点在平时训练中要重点加强．