Question

1．某同學(xué)用DIS“研究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)用了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置．若規(guī)定最低位置D處所在水平面勢(shì)能為零．在某次實(shí)驗(yàn)中，將小球從某一高度由靜止釋放，用DIS以圖象方式顯示出圖2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．圖象的橫軸表示小球距最低點(diǎn)D的豎直高度h，縱軸表示擺球的重力勢(shì)能E_p、動(dòng)能E_k和機(jī)械能E隨h的變化關(guān)系．試回答下列問(wèn)題：

（1）圖2的圖象中，表示小球重力勢(shì)能E_p、動(dòng)能E_k和機(jī)械能E隨小球距最低點(diǎn)D的高度h的變化關(guān)系圖線分別是B
A．甲、乙、丙    B．乙、丙、甲   C．丙、甲、乙    D．丙、乙、甲
（2）本次實(shí)驗(yàn)小球由靜止釋放時(shí)距最低點(diǎn)D的豎直高度為0.21m，小球的質(zhì)量為0.036kg（取g=9.8m/s²，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）由圖2的圖象，可得出的結(jié)論是在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 根據(jù)小球向上擺動(dòng)過(guò)程中，重力做負(fù)功，高度h增大，由E_P=mgh增大，動(dòng)能減小，而重力勢(shì)能和動(dòng)能的總量即機(jī)械能不變來(lái)選擇圖線．
根據(jù)圖象數(shù)據(jù)，結(jié)合重力勢(shì)能與變化高度成正比，從而即可求解小球由靜止釋放時(shí)距最低點(diǎn)D的豎直高度與小球的質(zhì)量；
小球擺動(dòng)過(guò)程受到支持力和重力，支持力不做功，只有重力做功，在這個(gè)條件下得出結(jié)論：只有重力做功的情況下小球機(jī)械能守恒．

解答 解：（1）根據(jù)E_P=mgh和動(dòng)能定理可知，當(dāng)高度增大時(shí)，重力做負(fù)功，E_P=mgh增大，動(dòng)能減小，而機(jī)械能不變，則乙表示重力勢(shì)能E_P，丙表示動(dòng)能，甲表示機(jī)械能，故B正確，ACD錯(cuò)誤．
 （2）當(dāng)h=0.105m時(shí)，重力勢(shì)能為E_P=0.04J，那么當(dāng)重力勢(shì)能為E_P′=0.076J，h=0.21m，
因取g=9.8m/s²，因此小球的質(zhì)量為m=$\frac{0.076}{2.1}$=0.036kg，
（3）小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程受到支持力和重力，拉支持力不做功，只有重力做功，小球的機(jī)械能守恒．故得出的結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）B；（2）0.21，0.036；（3）在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒．

點(diǎn)評(píng) 本題考查理解物理圖象的能力．守恒定律關(guān)鍵要明確條件．驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)最后得出結(jié)論時(shí)，要強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，注意圖象橫縱坐標(biāo)含義，及重力勢(shì)能與動(dòng)能的變化關(guān)系是解題的關(guān)鍵．