问题 问答题

为探究物体在下落过程中机械能是否守恒,某同学采用实验装置如图甲所示.

(1)其设计方案如下:让质量为m的立方体小铁块从开始端自由下落,开始端至光电门的高度差为h,则此过程中小铁块重力势能的减少量为______;测出小铁块通过光电门时的速度v,则此过程中小铁块动能增加量为______;比较这两个量之间的关系就可得出此过程中机械能是否守恒.(已知当地重力加速度大小为g)

(2)具体操作步骤如下:

A.用天平测定小铁块的质量m;

B.用游标卡尺测出立方体小铁块的边长d;

C.用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离h(h>>d);

D.电磁铁先通电(电源未画出),让小铁块吸在开始端;

E.断开电源,让小铁块自由下落;

F.计时装置记录小铁块经过光电门所用时间为t,计算出相应速度v;

G.改变光电门的位置,重复C、D、E、F等步骤,得到七组(hi,vi2)数据;

H.将七组数据在v2-h坐标系中找到对应的坐标点,拟合得到如图乙所示直线.

上述操作中有一步骤可以省略,你认为是______(填步骤前的字母);计算小铁块经过光电门的速度表达式v=______.

(3)若v2-h图线满足条件______,则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒.

答案

(1)重力势能减小量△Ep=mgh

由于静止释放重物

所以小铁块动能增加量为

1
2
mv2

(2)因为我们是比较mgh、

1
2
mv2的大小关系,故m可约去比较,不需要用天平.故A没有必要

因为光电门的宽度d很小,所以物块经过光电门的速度可以表示为

d
t

(3)利用v2-h图线处理数据,如果mgh=

1
2
mv2那么v2-h图线的斜率就等于2g.

所以若v2-h图线满足条件计算出直线斜率的值与2g的比较,在误差允许的范围内二者相等,则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒.

故答案为:(1)mgh,

1
2
mv2

(2)A,

d
t

(3)计算出直线斜率的值与2g的比较,在误差允许的范围内二者相等

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