Question

晓宇利用“自由落体”的方法验证了机械能守恒定律，他进行了多次操作打出了四条不同的纸带，经过测量可知纸带A、纸带B、纸带C、纸带D前两点之间的距离分别为0.185cm、0.192cm、0.265cm、0.195cm。已知低压交流电源的频率为50Hz、重锤的质量为1.00kg、重力加速度取。回答下列问题：

(1)上述的四条纸带中有一条在操作过程中存在明显的问题，该纸带为__________________；

(2)按照测量的要求从其中选出一条合适的纸带，并选取点迹清晰的计时点，用刻度尺测出的实验数据如图所示，分析知纸带的__________________（选填“左”或“右”）端与重锤相连；

(3)由图中的实验数据求解打计时点2时，重锤下落的速度为__________________；

(4)重锤由计时点0下降到计时点2的过程中，重锤的重力势能的减少量为_________，重锤的动能的增加量为_____________，由计算分析可知___________（选填“＞”“=”或“＜”），原因为____________________________________；

(5)请根据以上写出实验结论：____________________________________。

Answer

纸带C 左 0.98m/s 0.49J 0.48J ＞ 实验中存在摩擦力和空气阻力，重锤克服阻力做功损失机械能 在实验误差允许范围内机械能守恒

【解析】

(1)[1]如果自由下落时，在0.02s内的位移大小应为

因为

则纸带C肯定有操作错误，说明他操作时先释放了纸带，后接通了电源，致使打点计时器打第一个计时点时，重锤的速度并不为零；

(2)[2]因重锤做自由落体运动，开始记录时计时点间距小，所以纸带的左端与重锤相连；

(3)[3]重锤的速度

代入数据可得

(4)[4]从计时点0到计时点2的过程中，重力势能的减少量

[5]动能的增加量

[6]由以上计算知，，这是因为实验中有摩擦力和空气阻力等阻力的存在，重锤要克服阻力做功而损失机械能；

(5)[7]由上述分析可知，在实验误差允许范围内机械能守恒。