Question

20．如圖甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗．有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球由A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H（H＞＞d），光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當?shù)氐闹亓�加速度為g．則：

（1）如圖乙所示，用20分度的游標卡尺測得小球的直徑d=0.815cm．
（2）多次改變高度H，重復上述實驗，作出$\frac{1}{{t}^{2}}$隨H的變化圖象如圖丙所示，當圖中已知量t₀、H₀和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達式：2gH₀${t}_{0}^{2}$=d²（用t₀、H₀、g、d表示，四個量均取國際單位）時，可判斷小球下落過程中機械能守恒．
（3）實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量△E_K總是稍小于重力勢能減少量△E_P，增加下落高度后，則△E_p-△E_k將增加 （選填“增加”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 游標卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀．
由題意可知，本實驗采用光電門利用平均速度法求解落地時的速度；則根據(jù)機械能守恒定律可知，當減小的機械能應等于增大的動能；由原理即可明確注意事項及數(shù)據(jù)的處理等內(nèi)容．

解答 解：（1）由圖可知，主尺刻度為8mm；游標對齊的刻度為3；
故讀數(shù)為：8mm+3×0.05mm=8.15mm=0.815cm；
（2）若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒；
則有：mgH=$\frac{1}{2}$mv²，
即：2gH₀=（$\fraci1sayhk{{t}_{0}}$）²
解得：2gH₀${t}_{0}^{2}$=d²．
（3）由于該過程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多；故增加下落高度后，則△E_p-△E_k將增加；
故答案為：（1）0.815cm；
（2）2gH₀${t}_{0}^{2}$=d²
（3）增加

點評 本題為創(chuàng)新型實驗，要注意通過分析題意明確實驗的基本原理才能正確求解，掌握游標卡尺的讀數(shù)方法，游標卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀．