Question

9．某物理学习小组用图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验，实验中得到如图乙所示点迹清晰的完整纸带（打点计时器所用电源频率为f），纸带上第一个点记为O，另选四个连续的点A、B、C、D，并测出了这四个点到O点的距离，已知重物质量为m，重力加速度为g．

（1）实验中下列做法正确的有AD．
A．固定打点计时器时，两限位孔必须在同一条竖直线上
B．实验时应先释放纸带再接通打点计时器的电源
C．可用v_c²=2gh₃来计算打点计时器打C点时重物的速度大小
D．松开纸带前，手应提住纸带上端，使纸带竖直且重物靠近打点计时器
（2）打点计时器打B点时，重物的速度大小为$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2}f$．
（3）若以OC段来验证机械能守恒定律，则重力势能的减少量为mgh₃，该组同学发现重物重力势能的减少量总大于相应动能的增加量，这主要是因为纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．

Answer 1

分析 由于纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．

解答 解：（1）A、为了尽可能减小纸带与打点计时器间的摩擦，固定打点计时器时，两限位孔必须在同一条直线上，故A正确；
B、实验时应先通电后释放纸带，故B错误；
C、运用v${\;}_{c}^{2}$=2gh3计算打点计时器打C点时，重物的速度大小是利用机械能守恒定律，而不是在验证它，故C错误；
D、为了尽可能减小纸带与打点计时器间的摩擦，纸带应竖直且自由下落，为了得到较多的点迹，应使重物靠近打点计时器，故D正确；
故选：AD．
（2）由中间时刻速度等于这一段时间内的平均速度可得打点计时器打B点时，重物的速度大小为$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2}f$；
（3）由重力势能表达式可知，若以OC段来验证机械能守恒定律，重力势能的减小量为mgh₃，
重物重力势能的减小量总大于相应动能的增加量，主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．
故答案为：（1）AD；（2）$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2}f$；（3）mgh₃，纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．

点评 考查验证机械能守恒定律实验，意在考查学生的识记能力，数据处理能力与分析能力，并要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒的条件．