Question

【題目】利用圖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，根據數據在圖中已繪出圖線Ⅰ和圖線Ⅱ.已求得圖線Ⅰ斜率的絕對值k1＝2.94 J/m，請計算圖線Ⅱ的斜率k2＝________J/m(保留三位有效數字)．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)．

(4)通過對k1和k2的比較分析，可得到的結論是(只要求寫出一條)：____________________.

Answer 1

【答案】接通電源 放開紙帶 mgh2 2.80(2.73～2.87均可) k2小于k1，動能的增加量小于重力勢能的減少量

【解析】

（1）[1][2]．B．使重物靠近打點計時器，接著先接通電源，后釋放紙帶，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；

（2）[3][4][5]．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）[6][7]．取打下O點時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，即重力勢能的絕對值與動能相等，而圖線的斜率不同，原因是重物和紙帶下落過程中需要克服阻力做功．
根據圖中的數據可以計算計算圖線Ⅱ的斜率

根據動能定理得，

則

圖線Ⅰ斜率

圖線Ⅱ斜率

知k1-f=k2，則阻力f=k1-k2．
所以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．

（4）[8]．通過對k1和k2的比較分析，k2小于k1，可得到的結論是：動能的增加量小于重力勢能的減少量．