Question

【題目】利用如圖所示的裝置可驗證機械能守恒定律：用輕質細繩的一端與一個質量為m（已知）的小球相連，另一端系在力傳感器的掛鉤上，整個裝置位于豎直面內，將細繩拉離豎直方向一定角度，將小球由靜止釋放，與傳感器相連的計算機記錄的繩的拉力F隨時間t變化的圖線如圖所示，讀出圖中A點的值為F1，圖中B點的值為F2。

（1）要利用小球從A到B的運動過程驗證機械能守恒定律只需要再測量一個量的數值，這個量是___________________ ；

（2）小球從A到B的過程中，重力勢能改變量的大小為_______________；動能改變量的大小為_____________（請用“F1”、“F2”、重力加速度g及第（1）問中需要再測量的那個量的符號表示）。

Answer 1

【答案】（1）懸點到球心的距離L （2）

【解析】

解：(1)(2)小球在最低點時，繩子的拉力最大，則由牛頓第二定律可得，解得，小球從到的過程中，動能改變量的大小為；小球在最高點時，繩子的拉力最小，則有，即，小球擺到最高點時與最低點的高度差，小球從到的過程中，重力勢能改變量的大小為；若小球從到的運動過程機械能守恒定律則有，驗證機械能守恒定律成立的表達式為，由于小球的質量已知，和通過力傳感器可以讀出，所以要利用小球從到的運動過程驗證機械能守恒定律只需要再測量一個量的數值，這個量是懸點到球心的距離。