Question

【題目】物理興趣小組的同學用圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律，電源的頻率為50 Hz，重錘的質量為m＝1.0 kg，重力加速度g＝9.8 m/s2，他們通過正確的實驗操作得到了如圖乙所示的紙帶。為了驗證機械能是否守恒，該小組同學采用了以下兩種方法。

(1)方法一：打點計時器打下計時點5時重錘的瞬時速度為__________m/s，在打點計時器打下計時點0和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為ΔEp＝__________J，重錘動能的變化量為ΔEk＝__________J，若它們近似相等，則可知重錘的機械能守恒。

(2)方法二：打點計時器打下計時點2時重錘的瞬時速度為__________m/s，在打點計時器打下計時點2和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為ΔEp′＝__________J，重錘動能的變化量為ΔEk′＝__________J，若它們近似相等，則可知重錘的機械能守恒。

(3)以上兩種方法，你認為__________(選填“方法一”或“方法二”)誤差小。

Answer 1

【答案】1.155 0.659 0.667 0.575 0.508 0.502 方法二

【解析】

考查落體法驗證機械能守恒定律實驗步驟、數據處理，根據實驗原理分析計算可得。

(1)[1]根據勻變速直線運動中某段時間內的平均速度等于該段時間內中間時刻的瞬時速度可得打點計時器打下計時點5時重錘下落的速度v5＝＝1.155 m/s，

[2]在打點計時器打下計時點0和5的過程中，重錘重力勢能的變化量ΔEp＝mgh5＝0.659 J，[3]動能的變化量ΔEk＝mv52＝0.667 J。

(2)[4]根據勻變速直線運動中某段時間內的平均速度等于該段時間內中間時刻的瞬時速度可得打點計時器打下計時點2時重錘下落的速度

v2＝＝0.575 m/s，

[5]在打點計時器打下計時點2和5的過程中，重錘重力勢能的變化量為

ΔEp′＝mg(h5－h2)＝0.508 J，

[6]在打點計時器打下計時點2和5的過程中，重錘動能的變化量為

ΔEk′＝m(v52－v22)＝0.502 J。

(3)[7]重錘剛下落的時候運動狀態不穩定；方法二避開了剛開始的一段紙帶，故方法二誤差比較小。