Question

12．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，采用重物自由下落的方法

（1）已知电火花计时器所用电源频率为50hZ，当地的重力加速度g=9.8m/s2，所用重物的质量为200g，实验中选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点．计算B点的速度时，甲同学用v_B²=2gs_OB，乙同学用v_B=$\frac{s_{AC}}{2T}$．其中所选择方法正确的是乙（选填“甲”或“乙”）同学．重物由O运动到B时动能的增加量等于0.369J、重力势能的减少量0.384J（计算结果均保留3为有效数字）
（2）实验中，重物减少的重力势能总是大于增加的动能，造成这种现象的主要原因时克服空气对重锤和打点计时器对纸带的阻力做功．

Answer 1

分析 （1）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点的瞬时速度，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．
（2）由于要克服空气阻力和摩擦阻力做功，所以重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能．

解答 解：（1）计算B点瞬时速度时，若按甲同学的方法用v_B²=2gS_OB，即认为纸带下落的加速度为g，则不需要计算速度v_B的值也会有：$\frac{1}{2}$mv_B²=mgs_OB，故甲的数据处理方法错误，应该选用乙同学的：某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．
v_B=$\frac{{S}_{AC}}{2T}$=$\frac{（23.13-15.55）×1{0}^{-2}}{2×0.02}$=1.92m/s
则重物由O运动到B点时动能的增加量$\frac{1}{2}$mv_B²=$\frac{1}{2}×$0.2×（1.92）²=0.369J
重力势能的减小量mgh=mgs_OB=0.2×10×0.192=0.384J
（2）实验中，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的主要原因是要克服空气对重锤和打点计时器对纸带的阻力做功．
故答案为：（1）乙； 0.369；  0.384．  
（2）克服空气对重锤和打点计时器对纸带的阻力做功

点评 本题考查利用找点计时器验证机械能守恒的实验； 要注意掌握纸带问题的处理； 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．