Question

（1）將下列驗證機械能守恒定律的實驗步驟按正確順序排列起來
A．選取一條紙帶，在這條紙帶上選定計數點．
B．將鐵架臺放在實驗桌上，用附夾把打點計時器固定在鐵架臺上．
C．換新紙帶重復實驗．
D．量出從首點到各計數點間的距離，并算出各計數點的即時速度．
E．比較△E_K和△E_P在誤差允許范圍內是否近似相等．
F．在重錘上夾持一紙帶，并將它從打點計時器的復寫紙下面穿過限位孔，手持紙帶保持豎直方向，接通電源后，松手讓重錘牽引紙帶下落，得到打點的紙帶．
G．計算各計數點的動能增加量△E_K和勢能減小量△E_P
正確順序

 

（2）在驗證機械能守恒定律的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當地的重力加速度g=9.80m/s²，測得所用的重物的質量為1.00kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶如圖所示，把第一個點記作O，另選連續的4個點A、B、C、D作為測量的點．經測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm．根據以上數據，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于

 

J，動能的增加量等于

 

J（取3位有效數字）．

Answer 1

分析：（1）通過組裝器材、進行實驗和數據處理的順序對實驗的步驟進行排序．
（2）紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能，根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．

解答：解：（1）進行實驗時先組裝器材，即：B．將鐵架臺放在實驗桌上，用附夾把打點計時器固定在鐵架臺上；
然后進行實驗，即：F．在重錘上夾持一紙帶，并將它從打點計時器的復寫紙下面穿過限位孔，手持紙帶保持豎直方向，接通電源后，松手讓重錘牽引紙帶下落，得到打點的紙帶；
然后重復實驗，即：C．換新紙帶重復實驗；
進行數據處理：先挑選紙帶，即：A．選取第1、2點的距離接近2mm的一條紙帶，在這條紙帶上選定計數點；然后進行計算，即：D．量出從首點到各計數點間的距離，并算出各計數點的即時速度，G．計算各計數點的動能增加量△E_K和勢能減小量△E_P；
最后根據數據處理得出結論：E．比較△E_K和△E_P在誤差允許范圍內是否近似相等．
故順序為：BFCADGE．
（2）重力勢能減小量△E_p=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
在勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度，因此有：
v_C=

xBD

2T

=

0.8573-0.7018

2×0.02

≈3.89m/s
△E_k=

1

2

mv

2 C

=

1

2

×1×3.892=7.56J
故答案為：7.62、7.56．
故答案為：（1）正確的排序為：B、F、C、A、D、G、E；
（2）7.62；7.56．

點評：正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發進行分析所需實驗器材、所測數據等，會起到事半功倍的效果．
解決本題的關鍵知道實驗的原理，驗證重力勢能的減小量與動能的增加量是否相等．以及知道通過求某段時間內的平均速度表示瞬時速度．
紙帶問題的處理時力學實驗中常見的問題，對于這類問題要熟練應用運動學規律和推論進行求解，計算過程中要注意單位的換算和有效數字的保留．