Question

2．用自由落體法驗證機械能守恒定律，器材安裝如圖甲所示，若將紙帶從圖示位置由靜止釋放．
（1）請指出圖甲中的兩個實驗操作錯誤及不妥之處：①打點計時器接直流電源；②重物未靠近打點計時器釋放
（2）改進實驗中錯誤及不妥之處后，打出如圖乙所示一條紙帶．已知打點計時器的打點頻率為50Hz，根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)計算出打C點時重物的速度V_c=2.25m/s（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（3）若重物的質(zhì)量為0.2kg，取計時器打下A點時重物的位置為零勢能位置（該處重力加速度g為9.8m/s²），則打下C點時重物的機械能為0.344J（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗的原理和注意事項確定實驗中操作的錯誤和不妥之處．
根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出C點的瞬時速度，結(jié)合C點的重力勢能和動能求出打下C點時重物的機械能．

解答 解：（1）圖甲中的兩個實驗操作錯誤及不妥之處：①打點計時器接直流電源，②重物未靠近打點計時器釋放．
（2）C點的瞬時速度等于BD段的平均速度，則${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.3123-0.2224}{0.04}$m/s=2.25m/s．
（3）打下C點時重物的動能${E}_{kc}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×2.2{5}^{2}≈$0.506J，重力勢能E_pc=-mgh=-0.2×9.8×（0.2656-0.1830）J≈-0.162J，則重物的機械能E=0.506-0.162J=0.344J．
故答案為：（1）打點計時器接直流電源，重物未靠近打點計時器釋放，（2）2.25，（3）0.344．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理以及注意事項，掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度，從而得出動能的增加量．