Question

【題目】用如圖所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)（含夾子）、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還需要使用的一組器材是____________。

A.直流電源、天平（含砝碼）

B.直流電源、刻度尺

C.交流電源、天平（含砝碼）

D.交流電源、刻度尺

(2)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取連續(xù)打出的5個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測得C、D、E三個(gè)點(diǎn)到起始點(diǎn)O的距離分別為hC、hD、hE。已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度�?/span>g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m，則從打下O點(diǎn)到打下D點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能減少量為___________，動(dòng)能增加量為____________。（用上述測量量和已知量的符號(hào)表示）

(3)對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)，有的同學(xué)提出研究的運(yùn)動(dòng)過程的起點(diǎn)必須選擇在O點(diǎn)，你同意這種看法嗎？如果同意請(qǐng)你說明理由；如果不同意，請(qǐng)你給出當(dāng)起點(diǎn)不在O點(diǎn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證機(jī)械能守恒的方法__________。

(4)機(jī)械能包括動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能，為了在三種能量相互轉(zhuǎn)化的情況下再次驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。力傳感器一端固定在鐵架臺(tái)的橫梁上，另一端與輕彈簧相連，輕彈簧下端懸掛著下表面水平的重物，在重物正下方放置著上表面水平的運(yùn)動(dòng)傳感器，兩個(gè)傳感器再通過數(shù)據(jù)采集器和電腦相連（圖未畫出）。實(shí)驗(yàn)過程中保持鐵架臺(tái)固定，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，重物只在豎直方向上下運(yùn)動(dòng)，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。他們首先用天平測得重物的質(zhì)量為m，然后：

①用運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)記錄重物的速度繼而得到重物的動(dòng)能Ek；

②選擇運(yùn)動(dòng)傳感器的上表面所在位置為重力勢能零點(diǎn)，用運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)記錄重物下表面與運(yùn)動(dòng)傳感器上表面的距離，繼而得到重物的重力勢能Ep；

③將彈簧原長時(shí)重物下表面到運(yùn)動(dòng)傳感器上表面間的距離，與物體運(yùn)動(dòng)過程中這兩個(gè)表面間的實(shí)時(shí)距離之差作為彈簧形變量，結(jié)合力傳感器測得的彈力大小F，通過計(jì)算得到了彈簧在每個(gè)時(shí)刻的彈性勢能E彈。

分析上述三種能量之和E隨時(shí)間的變化情況，如果在誤差允許的范圍內(nèi)，E隨時(shí)間保持不變，則可認(rèn)為重物（包括地球）和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。

已知實(shí)驗(yàn)得到的F-t圖像如圖所示，則如圖所示的圖像中可能正確的是_______。

A. B.

C. D.

Answer 1

【答案】D mghD 不同意，可以選擇A點(diǎn)作為起點(diǎn)，研究從B到D的過程，測得各點(diǎn)到A點(diǎn)的距離分別為hAB、hAC、hAD和hAE，如果在誤差允許范圍內(nèi)得出即可 AC

【解析】

(1)[1]由于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源，因此AB錯(cuò)誤；計(jì)算機(jī)械能守恒時(shí)，重物的質(zhì)量等式兩邊均有，可以相互抵消，不必測出；要用刻度尺測量點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，從而算出打某個(gè)點(diǎn)時(shí)速度及下降的高度，因此C錯(cuò)誤，D正確。

故選D。

(2)[2]下降的高度為，因此減少的重力勢能為；

[3]打D點(diǎn)時(shí)的速度等于CE段的平均速度

動(dòng)能增加量

(3)[4]不同意，可以選擇A點(diǎn)作為起點(diǎn)，研究從B到D的過程，測得各點(diǎn)到A點(diǎn)的距離分別為hAB、hAC、hAD和hAE，如果在誤差允許范圍內(nèi)得出

即可證明機(jī)械能守恒。

(4)[5]A．由于彈簧始終處于伸長狀態(tài)，彈力最大時(shí)一定是最低點(diǎn)，重力能勢最小，而彈力最小時(shí)一定是最高點(diǎn)，重力勢能最大，A正確；

B．彈簧彈力最大時(shí)，彈簧伸長量最大，彈性勢能最大，而彈力最小時(shí)，一定是彈簧伸長量最小，彈性勢能最小，B錯(cuò)誤；

C．彈簧的彈力最大和最小時(shí)，一定是物體速度為零，動(dòng)能最小，而運(yùn)動(dòng)到平衡位置時(shí)，動(dòng)能最大，C正確；

D．無論彈簧的彈力如何變化，總的機(jī)械能保持不變，D錯(cuò)誤。

故選AC。