Question

8．利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)：

（1）張同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，測得所用的重物質(zhì)量為1.00kg，得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶（如圖乙所示），把第一個(gè)打點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的五個(gè)打點(diǎn)A、B、C、D、E作為測量點(diǎn)，測得A、B、C、D、E各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為3.14cm、4.90cm、7.05cm、9.59cm、12.49cm，已知電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源為頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可得：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下D點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度v₀=1.36m/s，對(duì)應(yīng)由打點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到打點(diǎn)D過程，重物重力勢能的減少量等于0.940J，動(dòng)能的增加量等于0.925J．（計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字）
（2）若李同學(xué)在測量數(shù)據(jù)時(shí)不慎將上述紙帶從OA之間扯斷，他僅利用A點(diǎn)之后的紙帶能否實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的目的？能（填“能”或“不能”）．
（3）若王同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶第一、二打點(diǎn)間的距離為0.32cm，其原因是：先釋放紙帶，后接通電源打點(diǎn)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出打下D點(diǎn)時(shí)的速度，從而得出動(dòng)能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢能的減小量．
（2）利用A點(diǎn)之后的紙帶能驗(yàn)證機(jī)械能守恒 定律．
（3）根據(jù)位移時(shí)間公式求出重物做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)第一、二點(diǎn)間的距離，從而分析兩點(diǎn)間距離為0.32cm的原因．

解答 解：（1）D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE段的平均速度，則${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{2T}=\frac{（12.49-7.05）×1{0}^{-2}}{0.04}$m/s=1.36m/s，則動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{D}}^{2}=\frac{1}{2}×1×1.3{6}^{2}$=0.925J，
重力勢能的減小量△E_p=mgh=1×9.8×0.0959J=0.940J．
（2）不慎將上述紙帶從OA之間扯斷，僅利用A點(diǎn)之后的紙帶能驗(yàn)證機(jī)械能守恒，可以在A點(diǎn)后取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，測出兩點(diǎn)的瞬時(shí)速度，從而進(jìn)行驗(yàn)證．
（3）若重物做自由落體運(yùn)動(dòng)，h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}=\frac{1}{2}×9.8×0.0{2}^{2}m≈2mm$，而紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離為0.32cm，由于加速度不可能大于g，可知打第一點(diǎn)時(shí)已經(jīng)有初速度，其原因是先釋放紙帶，后接通電源打點(diǎn)．
故答案為：（1）1.36；0.940；0.925；    （2）能；    （3）先釋放紙帶，后接通電源打點(diǎn)．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握紙帶的處理方法，會(huì)根據(jù)紙帶求解瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量，會(huì)根據(jù)下降的高度求解重力勢能的減小量．