Question

17．某同学用自由落体运动来“验证机械能守恒定律”
（1）现有下列器材可供选择：A．铁架台B．电火花计时器 C．纸带 D．秒表 E．重物 F．刻度尺，其中不必要的器材是D（选填相应的序号）
（2）已知电火花计时器所用交流电源频率为50Hz，当地重力加速度为9.80m/s²，重物的质量为0.2kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图所示，O为下落起点，之后连续7个点到O点距离分别为OA=0.19cm、OB=0.75cm、OC=1.69cm、OD=3.02cm、OE=4.74cm、OF=6.83cm、OG=9.32cm，该同学已计算出从O到F点重物重力势能的减少量等于0.134J，请计算重物下落到F点的速度v₁=1.15m/s，从O到F点动能增加量等于0.132J（上述结果均保留三位有效数字）

（3）上述结果中，重物的重力势能减少量大于（选填“大于”、“小于”或“等于”）动能增加量，其原因是（只需写出一个原因即可）下落过程中受到空气阻力的作用．

Answer 1

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
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．

解答 解：（1）其中不必要的器材是：D、秒表，因为打点计时器本身可以表示出时间．
（2）利用匀变速直线运动的推论得：
v₁=$\frac{{x}_{EG}}{2T}=\frac{0.0932-0.0474}{0.04}=1.15m/s$
E_k=$\frac{1}{2}$mv₁²=$\frac{1}{2}×0.2×1.1{5}^{2}=0.132J$
△E_k=E_k-0=0.132 J
（3）上述结果中，重物的重力势能减少量大于动能的增加量，这是由于下落过程中受到空气阻力的作用．
故答案为：（1）D；（2）1.15；0.132；（3）大于；下落过程中受到空气阻力的作用

点评 纸带问题的处理时力学实验中常见的问题．我们可以纸带法实验中，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．数据处理时要注意单位的换算．