Question

1．探究小組利用傳感器研究小球在擺動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能守恒規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．在懸點(diǎn)處裝有拉力傳感器，可記錄小球在擺動(dòng)過(guò)程中各時(shí)刻的拉力值．小球半徑、擺線(xiàn)的質(zhì)量和擺動(dòng)過(guò)程中擺線(xiàn)長(zhǎng)度的變化可忽略不計(jì)．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：
（1）測(cè)量小球質(zhì)量m．?dāng)[線(xiàn)長(zhǎng)L；
（2）將小球拉離平衡位置某一高度h處無(wú)初速度釋放，在傳感器采集的數(shù)據(jù)中提取最大值為F，小球擺到最低點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能表達(dá)式為$\frac{1}{2}$（F-mg）L（用上面給定物理量的符號(hào)表示）；
（3）改變高度h，重復(fù)上述過(guò)程，獲取多組擺動(dòng)高度h與對(duì)應(yīng)過(guò)程的拉力最大值F的數(shù)據(jù)，在F-h坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線(xiàn)：
（4）通過(guò)描點(diǎn)連線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)h與F成線(xiàn)性關(guān)系，如圖2所示，可證明小球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒．
（5）根據(jù)F-h圖線(xiàn)中數(shù)據(jù)，可知小球質(zhì)量m=0.10kg，擺線(xiàn)長(zhǎng)L=0.80m（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g=10m/s²．

Answer 1

分析 （2）根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合向心力表達(dá)式，及動(dòng)能表達(dá)式，即可求解；
（5）根據(jù)機(jī)械能守恒定律，結(jié)合圖象的斜率與截距的含義，即可求解．

解答 解：（2）根據(jù)牛頓第二定律，則有：F-mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$；
而動(dòng)能表達(dá)式為：E_K=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=$\frac{1}{2}$（F-mg）L；
（5）根據(jù)機(jī)械能守恒定律，則有：mgh=$\frac{1}{2}$（F-mg）L；
那么F=$\frac{2mg}{L}h+mg$；
而F-h圖象中，截距為1，即mg=1，則m=0.10kg；
而圖象的斜率k=2.5；因此L=0.80m；
故答案為：（2）$\frac{1}{2}$（F-mg）L；（5）0.10，0.80．

點(diǎn)評(píng) 考查牛頓第二定律與向心力表達(dá)式的內(nèi)容，掌握機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，理解圖象的斜率及截距在本題的運(yùn)用．