Question

19．實驗小組的同學(xué)做“驗證機械能守恒定律”的實驗．量角器中心O點和細(xì)線的一個端點重合，并且固定好；細(xì)線另一端系一個小球，當(dāng)小球靜止不動時，量角器的零刻度線與細(xì)線重合，在小球所在位置安裝一個光電門．實驗裝置如圖所示．本實驗需要測的物理量有：小球的直徑d，細(xì)線長度L，小球通過光電門的時間△t，小球由靜止釋放時細(xì)線與豎直方向的夾角為θ．
（1）除了光電門、量角器、細(xì)線外，實驗室還有如下器材可供選用：
A．直徑約2cm的均勻鐵球
B．直徑約5cm的均勻木球
C．天平                                 
D．時鐘
E．最小刻度為毫米的米尺
F．游標(biāo)卡尺
實驗小組的同學(xué)選用了最小刻度為毫米的米尺，他們還需要從上述器材中選擇AEF（填寫器材前的字母標(biāo)號）．
（2）測出小球的直徑為d，小球通過光電門的時間為△t，可得小球經(jīng)過最低點的瞬時速度v=$\fracmnky70n{△t}$．
（3）若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，滿足$g（l+\fract7jrpd2{2}）（1-cosθ）=\frac{hyecs7n^{2}}{2△{t}^{2}}$，即可驗證機械能守恒定律（用題給字母表示，當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g）．
（4）通過改變小球由靜止釋放時細(xì)線與豎直方向的夾角θ，測出對應(yīng)情況下，小球通過光電門的速度v，為了直觀地判斷機械能是否守恒，應(yīng)作v²-cosθ圖象．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材．
（2）根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度求出小球經(jīng)過最低點的速度．
（3）抓住重力勢能的減小量和動能的增加量相等，得出機械能守恒滿足的表達(dá)式．
（4）根據(jù)機械能守恒得出守恒的表達(dá)式，結(jié)合表達(dá)式確定應(yīng)做什么圖象．

解答 解：（1）驗證機械能守恒，小球應(yīng)選擇質(zhì)量大一些，體積小一些，故選直徑約2cm的均勻鐵球；實驗中不需要測量小球的質(zhì)量，不需要天平，小球通過光電門的時間可以直接得出，不需要時鐘，實驗中需測量下降的高度以及小球的直徑，則需要毫米刻度尺以及游標(biāo)卡尺，故選：AEF．
（2）根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度知，小球經(jīng)過最低點的速度$v=\fracrcwhxay{△t}$．
（3）重力勢能的減小量$△{E}_{p}=mg（l+\fracmvb2ndt{2}）（1-cosθ）$，動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{1}{2}m\frac{8339j26^{2}}{△{t}^{2}}$，當(dāng)小球的機械能守恒，有：$g（l+\fracbsqg0pc{2}）（1-cosθ）=\frac{lrnsg0c^{2}}{2△{t}^{2}}$．
（4）當(dāng)機械能守恒時有：$\frac{1}{2}m{v}^{2}=mg（l+\frac6lqotka{2}）（1-cosθ）$，為了直觀地判斷機械能是否守恒，作出的圖線應(yīng)為線性圖線，即應(yīng)作v²-cosθ圖象．
故答案為：（1）AEF，（2）$\fracusq5kaq{△t}$，（3）$g（l+\fracq1xki7k{2}）（1-cosθ）=\frac{0wj603i^{2}}{2△{t}^{2}}$．（4）v²-cosθ．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理以及注意事項，抓住重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等進(jìn)行驗證，對于圖線問題，關(guān)鍵得出機械能守恒的表達(dá)式，結(jié)合表達(dá)式確定應(yīng)作什么圖線．