某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如图1,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的XDS-007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间△ti与图中所示的高度差△hi,并将部分数据进行了处理,结果如下表所示.(取g=9.8m/s2,注:表格中M为直尺质量)
△ti (10-3s) | vi=
(m•s-1) | △Eki=
| △hi (m) | Mg△hi | |||||||
1 | 1.21 | 3.13 | |||||||||
2 | 1.15 | 3.31 | 0.58M | 0.06 | 0.58M | ||||||
3 | 1.00 | 3.80 | 2.24M | 0.23 | 2.25M | ||||||
4 | 0.95 | 4.00 | 3.10M | 0.32 | 3.14M | ||||||
5 | 0.90 | 0.41 |
d |
△ti |
(2)请将表格中数据填写完整.V5=______,△Ek5=______,Mg△h5=________
(3)通过实验得出的结论是:______.
(4)根据该实验请你判断下列△Ek-△h图2中正确的是______.
(1)根据平均速度的定义v=
可知,当位移很小,时间很短时可以利用平均速度来代替瞬时速度,由于本题中挡光物的尺寸很小,挡光时间很短,因此直尺上磁带通过光电门的瞬时速度可以利用vi=△x △t
求出.d △ti
(2)根据题意可知:
V5═
=4.22m/s△x △t
根据:,△Ek5=
Mv52-1 2
Mv12,1 2
将v=4.22m/s带入解得:△Ek5=4.00M J
Mg△h5=4.02M.
(3)根据表中数据可知物体动能的增加量和重力势能的减小量基本相等,因此在误差范围内,可以得出物体机械能守恒的结论.
(4)根据实验可知:重力势能的减少量等于动能的增加量,即有:△Ek=mg△h成立,故△Ek-△h图象为过原点的直线,故ABD错误,C正确.
故答案为:(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度
(2)4.22; 4.00M; 4.02M
(3)在误差允许的范围内,重力势能的减少量等于动能的增量
(4)C