Question

2．利用如图1所示的实验装置探究重锤下落过程中动能与重力势能的转化问题，实验操作步骤如下：
A．按实验要求安装好实验装置；
B．使重锤靠近打点计时器；
C．同时接通电源和释放纸带，打点计时器在纸带上打下一系列的点；
D．重复上述实验步骤，得到多条纸带，从中选取一条符合实验要求的纸带，O点为打点计时器打下的第一点，分别测出若干连续点A、B、C…与O点之间的距离．
（1）上述操作中错误的一项是C，应该改为先接通电源，后释放纸带；
（2）已知打点计时器所用交流电源的频率为50Hz，重锤质量为m=0.1kg，重力加速度g=9.8m/s²，纠正实验操作中错误后，得到一条较为理想的纸带如图2所示，O点为打点计时器打下的第一点，分别测得点A、B、C…与O点之间的距离h₁=19.20cm，h₂=23.23cm，h₃=27.65cm，则打点计时器打B点时重锤下落的速度大小为2.12m/s，打点计时器从打O点到打B点的过程中，重锤增加的动能为0.22J，减少的重力势能为0.23J（结果均保留两位小数）．

Answer 1

分析 本题考查了打点计时器的具体应用，熟悉打点计时器的使用细节即可正确解答；
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，从而得出动能的增加量，根据下降的高度求出重力势能的减小量．

解答 解：（1）上述操作中错误的一项是C，应先给打点计时器通电打点，后释放纸带，如果同时接通电源和释放纸带，由于小车运动较快，不利于数据的采集和处理，无法得到物体完整的运动情况，会对实验产生较大的误差．
（2）x_AC=27.65cm-19.20cm=（27.65-19.20）×10^-2 m；
h_OB=23.23cm=23.23×10^-2 m
根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，有：v_B=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{27.65-19.20}{2×0.02}×1{0}^{-2}$=2.12m/s；
根据题意可知，动能的增量为：
△E_k=$\frac{1}{2}$mv_B²-0=$\frac{1}{2}$×0.1×2.12²J=0.22J；
重力做功等于重力势能的减小量，因此有：
△E_P=mgh_OB=0.1×9.8×0.2323J=0.23J；
故答案为：（1）C，先接通电源，后释放纸带；（2）2.12，0.22，0.23．

点评 对于实验操作步骤和注意事项我们要在实践中去掌握理解；解决本题的关键知道实验的原理，验证重力势能的减小量与动能的增加量是否相等．以及知道通过求某段时间内的平均速度表示瞬时速度．