Question

【題目】某同學用光電門驗證機械能守恒定律。如圖甲所示，將某種鐵質橫桿固定在鐵架臺上方，在橫桿側放置一磁鐵，在橫桿正下方將光電門固定在鐵架臺上，將質量為m的小佚球吸至橫桿下方，多次釋放并調整小鐵球釋放位置和光電門位置，使小鐵球球心恰好與光電門中心在同一豎直線上，標記小鐵球釋放點，用直尺測量出橫桿下邊緣到光電門中心間的距離L。拿開磁鐵后，鐵質橫桿的磁性立即消失。

(1)用游標卡尺測出小鐵球直徑，測量結果如圖乙所示，則小鐵球的直徑D=_________cm。

(2)甲同學多次改變橫桿下邊緣到光電門中心間的距離L，重復上述實驗。以L為橫軸，以為縱軸畫出了如圖所示的圖線。正確的是（______）

(3)乙同學用刻度尺測出橫桿下邊緣到光電門中心間的距離L，已知當地的重力加速度為g，若重力勢能的減少量與動能的增加量相等就可以證明在自由落體過程中小球的機械能是守恒的。若不考慮空氣的阻力，乙同學為了減小實驗誤差，提高測量精度，其中一項有效的措施是：將光電門上下移動。你認為___________(填“向上”或“向下”)移動才能減小實驗誤差，提高測量精度。

Answer 1

【答案】1.090 C 向下

【解析】

游標卡尺的讀數等于主尺讀數加上游標讀數，不需估讀；根據極短時間內的平均速度等于瞬時速度求出小球通過光電門時的速度，依據動能的增加量來自于重力勢能的減小量，再結合圖線，即可判定；減小實驗誤差，可讓平均速度更能接近瞬時速度，則減小擋光片寬度，也可以增大兩擋光片間距，從而即可求解.

(1)主尺讀數為1.0cm，游標讀數為0.02×45=0.90mm，所以最終讀數為10.90mm=1.090cm.

(2)要驗證機械能守恒，即判斷重力勢能的減小量與 動能的增加量是否相等，重力勢能的減小量為△Ep=mgh，動能的增加量為：，而速度，但，因此，整理得：，結合以L為橫軸，以為縱軸畫出了的圖線可知，故C正確，A，B錯誤.

(3)為減小實驗誤差，結合上式，可得：可以減小擋光片寬度，也可以增大下落的高度，因此將光電門向下移動；