Question

【題目】用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律。

(1)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含夾子）、電磁打點計時器、導線及開關外，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)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖所示的一條紙帶。在紙帶上選取連續打出的5個點A、B、C、D、E，測得C、D、E三個點到起始點O的距離分別為hC、hD、hE。已知當地重力加速度為g，打點計時器打點的周期為T。設重物的質量為m，則從打下O點到打下D點的過程中，重物的重力勢能減少量為___________，動能增加量為____________。（用上述測量量和已知量的符號表示）

(3)對于上述實驗，有的同學提出研究的運動過程的起點必須選擇在O點，你同意這種看法嗎？如果同意請你說明理由；如果不同意，請你給出當起點不在O點時，實驗中驗證機械能守恒的方法__________。

(4)機械能包括動能、重力勢能和彈性勢能，為了在三種能量相互轉化的情況下再次驗證機械能守恒定律，實驗小組設計了如圖所示的實驗裝置。力傳感器一端固定在鐵架臺的橫梁上，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動傳感器，兩個傳感器再通過數據采集器和電腦相連（圖未畫出）。實驗過程中保持鐵架臺固定，彈簧始終在彈性限度內，重物只在豎直方向上下運動，沒有轉動。他們首先用天平測得重物的質量為m，然后：

①用運動傳感器實時記錄重物的速度繼而得到重物的動能Ek；

②選擇運動傳感器的上表面所在位置為重力勢能零點，用運動傳感器實時記錄重物下表面與運動傳感器上表面的距離，繼而得到重物的重力勢能Ep；

③將彈簧原長時重物下表面到運動傳感器上表面間的距離，與物體運動過程中這兩個表面間的實時距離之差作為彈簧形變量，結合力傳感器測得的彈力大小F，通過計算得到了彈簧在每個時刻的彈性勢能E彈。

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

已知實驗得到的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點作為起點，研究從B到D的過程，測得各點到A點的距離分別為hAB、hAC、hAD和hAE，如果在誤差允許范圍內得出即可 AC

【解析】

(1)[1]由于電磁打點計時器需要交流電源，因此AB錯誤；計算機械能守恒時，重物的質量等式兩邊均有，可以相互抵消，不必測出；要用刻度尺測量點與點之間的距離，從而算出打某個點時速度及下降的高度，因此C錯誤，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點時的速度等于CE段的平均速度

動能增加量

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

即可證明機械能守恒。

(4)[5]A．由于彈簧始終處于伸長狀態，彈力最大時一定是最低點，重力能勢最小，而彈力最小時一定是最高點，重力勢能最大，A正確；

B．彈簧彈力最大時，彈簧伸長量最大，彈性勢能最大，而彈力最小時，一定是彈簧伸長量最小，彈性勢能最小，B錯誤；

C．彈簧的彈力最大和最小時，一定是物體速度為零，動能最小，而運動到平衡位置時，動能最大，C正確；

D．無論彈簧的彈力如何變化，總的機械能保持不變，D錯誤。

故選AC。