Question

2．用自由落体法验证机械能守恒定律，器材安装如图甲所示，若将纸带从图示位置由静止释放．
（1）请指出图甲中的两个实验操作错误及不妥之处：①打点计时器接直流电源；②重物未靠近打点计时器释放
（2）改进实验中错误及不妥之处后，打出如图乙所示一条纸带．已知打点计时器的打点频率为50Hz，根据纸带所给数据计算出打C点时重物的速度V_c=2.25m/s（结果保留三位有效数字）．
（3）若重物的质量为0.2kg，取计时器打下A点时重物的位置为零势能位置（该处重力加速度g为9.8m/s²），则打下C点时重物的机械能为0.344J（结果保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 根据实验的原理和注意事项确定实验中操作的错误和不妥之处．
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，结合C点的重力势能和动能求出打下C点时重物的机械能．

解答 解：（1）图甲中的两个实验操作错误及不妥之处：①打点计时器接直流电源，②重物未靠近打点计时器释放．
（2）C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，则${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.3123-0.2224}{0.04}$m/s=2.25m/s．
（3）打下C点时重物的动能${E}_{kc}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×2.2{5}^{2}≈$0.506J，重力势能E_pc=-mgh=-0.2×9.8×（0.2656-0.1830）J≈-0.162J，则重物的机械能E=0.506-0.162J=0.344J．
故答案为：（1）打点计时器接直流电源，重物未靠近打点计时器释放，（2）2.25，（3）0.344．

点评 解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量．