1.某同学利用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。
(1)请指出该同学在实验操作中存在的两处错误: ___。
(2)若所用交流电的频率为f,该同学经正确操作得到如图2所示的纸带,把第一个点记作O,另选连续的3个点A、B、C作为测量的点,A、B、C各点到O点的距离分别为s1、s2、s3,重物质量为m,重力加速度为g。根据以上数据知,从O点到B点,重物的重力势能的减少量等于__________________,动能的增加量等于__________________。(用所给的符号表示)
(3)重力势能的减少量____________(选填“大于”“等于”或“小于”)动能的增加量的原因是_____________________。
【解析】(1)打点计时器不能使用直流电源,应使用交流电源。重物开始释放时应紧靠打点计时器,否则打不到点或打的点太少。
(2)重力势能减小量ΔEp=mgh=mgs2。
利用匀变速直线运动的推论得:
vB= = ,
动能的增加量等于
Ek= m = ,
(3)由于有空气阻力和纸带与限位孔的摩擦存在,重力势能的减少量大于动能的增加量。
答案:(1)打点计时器应该接交流电源;开始时重物应该靠近打点计时器
(2)mgs2
(3)大于 有空气阻力和纸带与限位孔的摩擦存在
2.在“验证机械能守恒定律”实验中:
(1)纸带将被释放瞬间的四种情景如图1照片所示,其中操作最规范的是____________。
(2)已知打点计时器所接交流电频率为50 Hz,当地重力加速度g=9.80 m/s2,实验选用的重锤质量为0.5 kg,从所打纸带中选择一条合适的纸带,此纸带第1、2点间的距离应接近____________mm,若纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图2所示,则重锤从O点运动到C点,重力势能减小____________J,重锤经过C点时的速度____________m/s,其动能增加____________J。(保留三位有效数字)
(3)大多数学生的实验结果显示重力势能的减少量大于动能的增加量,其原因是___________。
A.利用公式v=gt计算重物速度
B.利用公式v= 计算重物速度
C.存在空气阻力和摩擦力阻力的影响
D.没有采用多次实验取平均值的方法
【解析】(1)实验要验证重锤做自由落体运动时,机械能守恒,故要保证纸带和限位孔在同一竖直面内以减小阻力,同时为了在纸带上多打点,重锤应靠近限位孔开始下落,故D操作最规范。
(2)重锤做自由落体运动,
点与点之间时间间隔为0.02 s,
第1、2点间的距离
h= gt2= ×9.8×0.022 m≈2.00 mm;
重锤从O点运动到C点,重力势能减小
ΔEp=mghOC≈2.75 J
重锤经过C点时的速度
vC= ≈3.30 m/s
故动能增加ΔEk= m ≈2.72 J
(3)重力势能的减少量大于动能的增加量,其原因主要是在实验中存在空气阻力和摩擦力的影响,故A、B、D错误,C正确。
答案:(1)D (2)2.00 2.75 3.30 2.72 (3)C
