Question

9．為探究物體在下落過程中機械能是否守恒，某同學采用的實驗裝置如圖所示．
（1）其設計方案如下：讓質量為m的立方體小鐵塊從開始端自由下落，開始端至光電門的高度差為h，則此過程中小鐵塊重力勢能的減少量為mgh；測出小鐵塊通過光電門時的速度v，則此過程中小鐵塊動能增加量為$\frac{1}{2}$mv²；比較這兩個量之間的關系就可得出此過程中機械能是否守恒．（已知當?shù)刂亓�加速度大小為g）
（2）具體操作步驟如下：
A．用天平測定小鐵塊的質量m；
B．用游標卡尺測出立方體小鐵塊的邊長d；
C．用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離h（h＞＞d）；
D．電磁鐵先通電（電源未畫出），讓小鐵塊吸在開始端；
E．斷開電源，讓小鐵塊自由下落；
F．計時裝置記錄小鐵塊經過光電門所用時間為t，計算出相應速度v；
G．改變光電門的位置，重復C、D、E、F等步驟，得到七組（h_i，v_i²）數(shù)據；
H．將七組數(shù)據在v²-h坐標系中找到對應的坐標點，擬合得到如圖所示直線．
上述操作中有一步驟可以省略，你認為是A（填步驟前的字母）；計算小鐵塊經過光電門時的瞬時速度表達式v=$\fracvf51htz{t}$．
（3）根據v²-h圖線，就可以判斷小鐵塊在下落過程中機械能是否守恒．

Answer 1

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據處理以及注意事項．
根據重力勢能和動能的定義求出對應的物理量．
知道光電門測量瞬時速度的原理，從而即可求解．

解答 解：（1）重力勢能減小量△E_p=mgh
由于靜止釋放重物，所以小鐵塊動能增加量為$\frac{1}{2}$mv²．
（2）因為我們是比較mgh、$\frac{1}{2}$mv²的大小關系，故m可約去比較，不需要用天平．故A沒有必要
因為光電門的寬度d很小，所以物塊經過光電門的速度可以表示為$\frachlvtnlb{t}$．
故答案為：（1）mgh，$\frac{1}{2}$mv²；（2）A，$\fracv1z7pp3{t}$．

點評 光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法．由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度．