Question

4．图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图，实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落的高度h．某同学按照正确操作所选的一条纸带如图乙所示，其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到C、D、E各点的距离，并记录在图中，物体的质量m=0.1kg，重力加速度g=9.80m/s²．

（1）根据以上数据，知当打点计时器打D点时，物体重力势能的减少量△E_P=0.190J，动能的增加了△E_K=0.187J．（要求结果保留三位有效数字）
（2）实验中误差产生的原因为重物下落时受到阻力作用，重物要克服阻力做功而损失一部分机械能．（写出一条即可）

Answer 1

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．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．

解答 解：（1）重物从开始下落到计时器打D点时，重物的重力势能的减少量为：
△E_p=mgh=0.1×9.8×0.1941 J=0.190J．
利用匀变速直线运动的推论有：v_D=$\frac{0.2347-0.1574}{2×0.02}$=1.9325m/s
重物下落到计时器打D点时增加的动能有：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_D²=$\frac{1}{2}$×0.1×（1.9325）²=0.187J
（2）我们发现，△E_P和△E_k并不严格相等，产生误差的主要原因是重物下落时受到阻力作用，重物要克服阻力做功而损失一部分机械能．
故答案为：（1）0.190，0.187． 
（2）重物下落时受到阻力作用，重物要克服阻力做功而损失一部分机械能．

点评 该题主要考查了在验证机械能守恒定律的实验中，如何应用运动学规律、功能关系去处理实验数据的能力，在平时训练中要加强基础规律的综合应用．