Question

2．用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，器材安裝如圖甲所示，若將紙帶從圖示位置由靜止釋放．
（1）請(qǐng)指出圖甲中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤及不妥之處：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接直流電源；②重物未靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器釋放
（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤及不妥之處后，打出如圖乙所示一條紙帶．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz，根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)計(jì)算出打C點(diǎn)時(shí)重物的速度V_c=2.25m/s（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（3）若重物的質(zhì)量為0.2kg，取計(jì)時(shí)器打下A點(diǎn)時(shí)重物的位置為零勢(shì)能位置（該處重力加速度g為9.8m/s²），則打下C點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能為0.344J（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和注意事項(xiàng)確定實(shí)驗(yàn)中操作的錯(cuò)誤和不妥之處．
根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出C點(diǎn)的瞬時(shí)速度，結(jié)合C點(diǎn)的重力勢(shì)能和動(dòng)能求出打下C點(diǎn)時(shí)重物的機(jī)械能．

解答 解：（1）圖甲中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤及不妥之處：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接直流電源，②重物未靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器釋放．
（2）C點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于BD段的平均速度，則${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2T}=\frac{0.3123-0.2224}{0.04}$m/s=2.25m/s．
（3）打下C點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能${E}_{kc}=\frac{1}{2}m{{v}_{C}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×2.2{5}^{2}≈$0.506J，重力勢(shì)能E_pc=-mgh=-0.2×9.8×（0.2656-0.1830）J≈-0.162J，則重物的機(jī)械能E=0.506-0.162J=0.344J．
故答案為：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接直流電源，重物未靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器釋放，（2）2.25，（3）0.344．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理以及注意事項(xiàng)，掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度，從而得出動(dòng)能的增加量．