Question

18．某同学利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验．

（1）实验中现有如下器材：打点计时器、学生电源、铁架台（包括铁夹）、纸带、附带夹子的重锤、刻度尺、秒表、导线若干．其中此实验不需要使用的器材是秒表．
（2）若实验中所用重锤的质量m=0.2kg，打点计时器所用电源的频率为50Hz，正确操作得到的纸带如图乙所示．O点对应重锤开始下落的时刻，另选连续的三个计时点A、B、C作为测量的点，图中的数据分别为计时点A、B、C到起始点O的距离，取重力加速度g=9.8m/s²，则从初始位置O到打下计数点B的过程中，重锤的重力势能的减少量为0.92J，打B点时重锤的动能为0.90J（结果均取两位有效数字）．
（3）实验误差产生的原因：空气阻力和摩擦阻力做功消耗掉一部分机械能．

Answer 1

分析 根据下降的高度求出重力势能的减小量，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度，从而得出B点的动能．

解答 解：（1）实验中时间可以通过打点计时器直接得出，不需要秒表测量．
（2）从初始位置O到打下计数点B的过程中，重锤的重力势能的减少量△E_p=mgh=0.2×9.8×0.47J≈0.92J，B点的瞬时速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.5319-0.4119}{0.04}m/s$=3.0m/s，则打B点时的动能${E}_{kB}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×9J=0.90J$．
（3）可知重力势能的减小量略大于动能的增加量，产生误差的原因是空气阻力和摩擦阻力做功消耗掉一部分机械能．
故答案为：（1）秒表；（2）0.92，0.90；（3）空气阻力和摩擦阻力做功消耗掉一部分机械能．

点评 解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会通过纸带求解瞬时速度，从而得出动能的增加量，会根据下降的高度求出重力势能的减小量．注意计算时单位的换算以及有效数字的保留．