Question

6．某同学利用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律．
（1）请指出该同学在实验操作中存在的两处错误：打点计时器应该接交流电源，开始时重物应该靠近打点计时器．
（2）若所用交流电的频率为f，该同学经正确操作得到如图2所示的纸带，把第一个点记做O，另选连续的3个点A、B、C作为测量的点，A、B、C各点到O点的距离分别为S₁、S₂、S₃，重物质量为m，重力加速度为g．根据以上数据知，从O点到B点，重物的重力势能的减少量等于mgs₂，动能的增加量等于$\frac{m{（{s}_{3}-{s}_{1}）}^{2}{f}^{2}}{8}$．（用所给的符号表示）
（3）重力势能的减少量大于动能的增加量（填“大于”、“等于”、“小于”）的原因是有空气阻力和纸带与限位孔的摩擦存在．

Answer 1

分析 （1）打点计时器应使用交流电源，重物释放时应紧靠打点计时器．
（2）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．
（3）由于有空气阻力和纸带与限位孔的摩擦存在，重力势能的减少量大于动能的增加量．

解答 解：（1）打点计时器不能使用直流电源，应使用交流电源．重物开始释放时应紧靠打点计时器，否则打不到点或打的点太少．
（2）重力势能减小量△E_p=mgh=mgs₂．
利用匀变速直线运动的推论得：${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{{（s}_{3}-{s}_{1}）f}{2}$，
动能的增加量等于${E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{B}}^{2}=\frac{m（{s}_{3}-{s}_{1}）^{2}{f}^{2}}{8}$，
（3）由于有空气阻力和纸带与限位孔的摩擦存在，重力势能的减少量大于动能的增加量
故答案为：（1）打点计时器应该接交流电源，开始时重物应该靠近打点计时器
（2）mgs₂，$\frac{m{（{s}_{3}-{s}_{1}）}^{2}{f}^{2}}{8}$（3）大于；有空气阻力和纸带与限位孔的摩擦存在

点评 运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题，学会误差的分析，难度不大，属于基础题．