实验:验证机械能守恒定律
[方法点拨] 要明确“谁”在“哪个过程”中机械能守恒,列出守恒方程,明确要测量的物理量.
1.某课外活动小组利用竖直上抛运动“验证机械能守恒定律”:
(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径,读数如图1甲所示,小球直径为________cm.用图乙所示的弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B,计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55ms、5.15ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB,其中vA=________m/s.
图1
(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较____________与____________是否相等就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号来表示).
(3)通过多次的实验发现,小球通过光电门A的时间越短,(2)中要验证的两数值差别越大,试分析实验中产生误差的主要原因是______________________________________________.
2.某同学用如图2所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点,光电门固定在A的正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=作为钢球经过A点时的速度.记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk,就能验证机械能是否守恒.
图2
(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离
A.钢球在A点时的顶端
B.钢球在A点时的球心
C.钢球在A点时的底端
(2)用ΔEk=mv2计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图3所示,其读数为________cm.某次测量中,计时器的示数为0.0100s,则钢球的速度为v=______m/s.
图3
(3)下表为该同学的实验结果:
ΔEp/(×10-2J)
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4.892
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9.786
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14.69
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15.59
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29.38
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ΔEk/(×10-2J)
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5.04
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10.1
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15.1
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20.0
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29.8
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他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观点?请说明理由.
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(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.
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