Question

20．如图甲所示，用包有白纸的质量为0.5kg的圆柱棒代替纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，代替打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒表面的纸上画出记号，如图乙所示．测得记号之间的距离依次为20.0mm，44.0mm，68.0mm，92，0mm，116.0mm，140.0mm，已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样，由此验证机械能守恒．
①毛笔画相邻两条线的时间间隔T=0.05s，图乙中的左端是圆柱棒的悬挂端（填“左”或“右”）．
②根据图乙所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度v_C=1.12m/s；画下记号D时，圆柱棒下落的速度v_D=1.60m/s；记号C、D之间重力势能的变化量△E_P=0.333J，棒的动能变化量△E_K=0.326J．则△E_P＞△E_K（填“＞”、“=”或“＜”），造成此结果的原因有有摩擦阻力存在（至少写出一个）．（g取9.80m/s²，结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 了解该实验装置的原理，它类似于打点计时器，蘸有颜料的毛笔随电动机转一圈就在圆柱棒面上的纸上画出记号，这就像打点计时器每隔一定时间就打一个点．数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样．
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，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）毛笔画相邻两条线的时间间隔为电动机的转动周期．
已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样，即每秒转20周，所以T=0.05 s，
圆柱下落过程中，毛笔依次从圆柱的下端往上端画，随着时间圆柱是加速运动，在乙图中圆柱的左端速度较大，右端速度较小，所以图乙中的圆柱棒的左端是悬挂端．
（2）利用匀变速直线运动的推论
v_C=$\frac{0.068+0.044}{2×0.05}$=1.12m/s；
v_D=$\frac{0.092+0.068}{2×0.05}$=1.60m/s；
根据重力势能的定义式得：
重力势能减小量△E_p=mgh=0.5×9.8×0.068J=0.333 J．
C、D之间棒的动能的变化量为△E_K=E_kD-E_kC=$\frac{1}{2}$mv_D²-$\frac{1}{2}$mv_C²=0.326 J
则△E_P＞△E_K，造成此结果的原因有有摩擦阻力存在．
故答案为：①0.05，左
②1.12，1.60，0.333，0.326；＞，有阻力存在

点评 该实验装置是根据打点计时器的特点和实验原理进行设计新的实验．
数据的处理思路与打点计时器打出来的纸带处理一样．
我们对于书本上的实验必须要掌握实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，才能解决设计实验的问题．