Question

17．利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究重物下落過程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化問題．

（1）實(shí)驗(yàn)操作步驟如下，請(qǐng)將步驟B補(bǔ)充完整：
A．按實(shí)驗(yàn)要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；
B．使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接著先接通電源，后釋放紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；
C．圖乙為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn)．分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)A、B、C…與O點(diǎn)之間的距離h₁、h₂、h₃…．
（2）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的h₁、h₂、h₃，可得重物下落到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$，紙帶從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中，重物增加的動(dòng)能為$\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}）^{2}$，減少的重力勢(shì)能為mgh₂．
（3）經(jīng)過多次正確的實(shí)驗(yàn)，總發(fā)現(xiàn)減少的重力勢(shì)能大于增加的動(dòng)能，其原因是有阻力做功．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了提高紙帶的利用率，應(yīng)先接通電源后釋放紙帶；
（2）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B點(diǎn)的速度，從而得出動(dòng)能的增加量，根據(jù)下降的高度求出重力勢(shì)能的減小量；
（3）存在摩擦阻力、空氣阻力等其他阻力做功，因此總會(huì)發(fā)現(xiàn)減少的重力勢(shì)能大于增加的動(dòng)能．

解答 解：（1）如果先釋放紙帶后接通電源，有可能會(huì)出現(xiàn)小車已經(jīng)拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)一段距離，電源才被接通，那么紙帶上只有很小的一段能打上點(diǎn)，大部分紙帶沒有打上點(diǎn)，紙帶的利用率太低；所以應(yīng)當(dāng)先接通電源，后釋放紙帶；
（2）B點(diǎn)的瞬時(shí)速度v_B=$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$
則重物動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}）^{2}$
減少的重力勢(shì)能為△E_p=mgh₂；
（3）實(shí)驗(yàn)的過程中，紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器直接存在摩擦阻力，另外還有空氣阻力等阻力做功，會(huì)導(dǎo)致減少的重力勢(shì)能大于增加的動(dòng)能；
故答案為：（1）接通電源，釋放紙帶；
（2）$\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}$；  $\frac{1}{2}m（\frac{{h}_{3}-{h}_{1}}{2T}）^{2}$；    mgh₂；
（3）有阻力做功．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，驗(yàn)證重力勢(shì)能的減小量與動(dòng)能的增加量是否相等．以及知道通過求某段時(shí)間內(nèi)的平均速度表示瞬時(shí)速度．