Question

【題目】某物理興趣小組的同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，輕繩一端固定在光滑固定轉(zhuǎn)軸O處，另一端系一小球．

（1）張小明同學(xué)在小球運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)附近分別放置了一組光電門，用螺旋測微器測出了小球的直徑，如圖乙所示，則小球的直徑d＝____ mm，使小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，測出小球經(jīng)過最高點(diǎn)的擋光時(shí)間為Δt1，經(jīng)過最低點(diǎn)的擋光時(shí)間為Δt2.

（2）戴小軍同學(xué)在光滑水平轉(zhuǎn)軸O處安裝了一個(gè)拉力傳感器，已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度�?/span>g.現(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通過拉力傳感器讀出小球在最高點(diǎn)時(shí)繩上的拉力大小是F1，在最低點(diǎn)時(shí)繩上的拉力大小是F2.

（3）如果要驗(yàn)證小球從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)機(jī)械能守恒，張小明同學(xué)還需要測量的物理量有_____（填字母代號(hào)）．戴小軍同學(xué)還需要測量的物理量有______（填字母代號(hào)）．

A．小球的質(zhì)量m B．輕繩的長度L C．小球運(yùn)行一周所需要的時(shí)間T

（4）根據(jù)張小明同學(xué)的思路，請你寫出驗(yàn)證小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式：________________ (用題目所給得字母表示）

（5）根據(jù)戴小軍同學(xué)的思路，請你寫出驗(yàn)證小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式：____________________ (用題目所給得字母表示）

Answer 1

【答案】5.700 B A F2－F1＝6mg

【解析】

（1）[1]．螺旋測微器固定刻度讀數(shù)為5.5 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為20.0×0.01 mm，故最終讀數(shù)為兩者相加，即5.700 mm.

（3）[2][3]．根據(jù)小明同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，小球在最高點(diǎn)的速度大小為

v1＝

小球在最低點(diǎn)的速度大小為

v2＝

設(shè)輕繩長度為L，則從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)依據(jù)機(jī)械能守恒定律有

化簡得

所以小明同學(xué)還需要測量的物理量是輕繩的長度L；根據(jù)小軍同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，則小球在最低點(diǎn)有

在最高點(diǎn)有

從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)依據(jù)機(jī)械能守恒定律有

聯(lián)立方程化簡得

F2－F1＝6mg

所以小軍同學(xué)還需要測量的物理量就是小球的質(zhì)量m.

（4）[4]．由（3）可知，根據(jù)小明同學(xué)的思路，驗(yàn)證小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式為

（5）[5]．由（3）可知，根據(jù)小軍同學(xué)的思路，驗(yàn)證小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中機(jī)械能守恒的表達(dá)式為

F2－F1＝6mg.