Question

【題目】利用圖1實驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉化問題。

(1)實驗操作步驟如下，請將步驟B補充完整：

A．按實驗要求安裝好實驗裝置；

B．使重物靠近打點計時器，接著先___，后__，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；

C．圖為一條符合實驗要求的紙帶，O點為打點計時器打下的第一個點。分別測出若干連續(xù)點A、B、C…與O點之間的距離h1、h2、h3…。

(2)已知打點計時器的打點周期為T，重物質量為m，重力加速度為g，結合實驗中所測得的h1、h2、h3，可得重物下落到B點時的速度大小為________，紙帶從O點下落到B點的過程中，重物增加的動能為________，減少的重力勢能為________。

(3)取打下O點時重物的重力勢能為零，計算出該重物下落不同高度h時所對應的動能Ek和重力勢能Ep，建立坐標系，橫軸表示h，縱軸表示Ek和Ep，根據(jù)數(shù)據(jù)在圖中已繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ。已求得圖線Ⅰ斜率的絕對值k1=2.94J/m，請計算圖線Ⅱ的斜率k2=________J/m（保留三位有效數(shù)字）。重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為________（用k1和k2表示）。

Answer 1

【答案】接通電源 釋放紙帶 mgh2 2.80

【解析】

(1)[1][2]如果先釋放紙帶后接通電源，有可能會出現(xiàn)小車已經(jīng)拖動紙帶運動一段距離，電源才被接通，那么紙帶上只有很小一段能打上點，利用率太低，因此應當先接通電源后釋放紙帶。

(2)[3][4][5]B點的瞬時速度為

重物動能的增加量為

重力勢能減小量為

(3)[6][7]取在O點重物的重力勢能為零，因為初位置的動能為零，則機械能為零，每個位置對應的重力勢能和動能互為相反數(shù)，即重力勢能的絕對值與動能相等，而圖像的斜率不同，原因是重物和紙帶下落過程中需要克服阻力做功。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得

根據(jù)動能定理可得

變形后可得

又由于

由此可以得出

即

所以重物和紙帶下落過程中所受平均阻力和重物所受重力的比值為。