Question

13．在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量为1kg的重物拖着纸带自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，已知相邻计数点的时间间隔为0.02s，当地的重力加速度g=9.8m/s²，回答以下问题，计算结果均保留两位有效数字．
（1）纸带的左（选填“左”或“右”）端与重物相连；
（2）打点计时器应接交流（选填“直流”或“交流”）电流，实验时应先接通电源（填“释放纸带”或“接通电源”）；
（3）从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量△E_P=0.49J，此过程中物体动能的增加量△E_k=0.48J；
（4）在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能大于重锤动能的增加，若其原因是由于在重锤下落的过程中存在阻力作用，通过以上实验数据可以测出重锤在下落过程中受到的平均阻力大小F=0.20N．

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和加速度，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．应用打点计时器时，要先接通电源，然后再放开纸带．根据牛顿第二定律求出阻力的大小．

解答 解：（1）从纸带上可以看出P点为先打出来的点，重物自由下落，而与重物相连的纸带在下端，应该先打点．所以纸带的左端应与重物相连．
（2）打点计时器应接交流电源，应用打点计时器时，要先接通电源，然后再放开纸带，
如果先释放纸带后接通电源，有可能会出现小车已经拖动纸带运动一段距离，电源才被接通，那么纸带上只有很小的一段能打上点，大部分纸带没有打上点，纸带的利用率太低．所以应当先接通电源，待打点稳定后再用手牵动纸带．
（3）重力势能减小量为：△E_p=mgh=1×9.8×0.050J=0.49J．
利用匀变速直线运动的推论：
v_B=$\frac{0.07152-0.03232}{2×0.02}$=0.98m/s
动能增加量为：△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²=0.48J．
（4）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，得：
x_BC-x_AB=aT² 
a=$\frac{（0.07152-0.050）-（0.050-0.03232）}{0.0{2}^{2}}$=9.6m/s²
根据牛顿第二定律得：mg-F=ma
受到的平均阻力大小为：F=mg-ma=1×9.8-1×9.6=0.20N
故答案为：（1）左；（2）交流，接通电源；（3）0.49，0.48；（4）0.20．

点评 纸带问题的处理是力学实验中常见的问题．在纸带法实验中，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，计算过程中要注意单位的换算．