Question

【题目】物理兴趣小组的同学用图甲所示的装置验证机械能守恒定律，电源的频率为50 Hz，重锤的质量为m＝1.0 kg，重力加速度g＝9.8 m/s2，他们通过正确的实验操作得到了如图乙所示的纸带。为了验证机械能是否守恒，该小组同学采用了以下两种方法。

(1)方法一：打点计时器打下计时点5时重锤的瞬时速度为__________m/s，在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp＝__________J，重锤动能的变化量为ΔEk＝__________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。

(2)方法二：打点计时器打下计时点2时重锤的瞬时速度为__________m/s，在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤重力势能的变化量为ΔEp′＝__________J，重锤动能的变化量为ΔEk′＝__________J，若它们近似相等，则可知重锤的机械能守恒。

(3)以上两种方法，你认为__________(选填“方法一”或“方法二”)误差小。

Answer 1

【答案】1.155 0.659 0.667 0.575 0.508 0.502 方法二

【解析】

考查落体法验证机械能守恒定律实验步骤、数据处理，根据实验原理分析计算可得。

(1)[1]根据匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度可得打点计时器打下计时点5时重锤下落的速度v5＝＝1.155 m/s，

[2]在打点计时器打下计时点0和5的过程中，重锤重力势能的变化量ΔEp＝mgh5＝0.659 J，[3]动能的变化量ΔEk＝mv52＝0.667 J。

(2)[4]根据匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度可得打点计时器打下计时点2时重锤下落的速度

v2＝＝0.575 m/s，

[5]在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤重力势能的变化量为

ΔEp′＝mg(h5－h2)＝0.508 J，

[6]在打点计时器打下计时点2和5的过程中，重锤动能的变化量为

ΔEk′＝m(v52－v22)＝0.502 J。

(3)[7]重锤刚下落的时候运动状态不稳定；方法二避开了刚开始的一段纸带，故方法二误差比较小。