Question

【题目】用如图所示装置验证机械能守恒定律。

(1)除带夹子的重物、纸带、铁架台（含夹子）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还需要使用的一组器材是____________。

A.直流电源、天平（含砝码）

B.直流电源、刻度尺

C.交流电源、天平（含砝码）

D.交流电源、刻度尺

(2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取连续打出的5个点A、B、C、D、E，测得C、D、E三个点到起始点O的距离分别为hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，则从打下O点到打下D点的过程中，重物的重力势能减少量为___________，动能增加量为____________。（用上述测量量和已知量的符号表示）

(3)对于上述实验，有的同学提出研究的运动过程的起点必须选择在O点，你同意这种看法吗？如果同意请你说明理由；如果不同意，请你给出当起点不在O点时，实验中验证机械能守恒的方法__________。

(4)机械能包括动能、重力势能和弹性势能，为了在三种能量相互转化的情况下再次验证机械能守恒定律，实验小组设计了如图所示的实验装置。力传感器一端固定在铁架台的横梁上，另一端与轻弹簧相连，轻弹簧下端悬挂着下表面水平的重物，在重物正下方放置着上表面水平的运动传感器，两个传感器再通过数据采集器和电脑相连（图未画出）。实验过程中保持铁架台固定，弹簧始终在弹性限度内，重物只在竖直方向上下运动，没有转动。他们首先用天平测得重物的质量为m，然后：

①用运动传感器实时记录重物的速度继而得到重物的动能Ek；

②选择运动传感器的上表面所在位置为重力势能零点，用运动传感器实时记录重物下表面与运动传感器上表面的距离，继而得到重物的重力势能Ep；

③将弹簧原长时重物下表面到运动传感器上表面间的距离，与物体运动过程中这两个表面间的实时距离之差作为弹簧形变量，结合力传感器测得的弹力大小F，通过计算得到了弹簧在每个时刻的弹性势能E弹。

分析上述三种能量之和E随时间的变化情况，如果在误差允许的范围内，E随时间保持不变，则可认为重物（包括地球）和弹簧组成的系统机械能守恒。

已知实验得到的F-t图像如图所示，则如图所示的图像中可能正确的是_______。

A. B.

C. D.

Answer 1

【答案】D mghD 不同意，可以选择A点作为起点，研究从B到D的过程，测得各点到A点的距离分别为hAB、hAC、hAD和hAE，如果在误差允许范围内得出即可 AC

【解析】

(1)[1]由于电磁打点计时器需要交流电源，因此AB错误；计算机械能守恒时，重物的质量等式两边均有，可以相互抵消，不必测出；要用刻度尺测量点与点之间的距离，从而算出打某个点时速度及下降的高度，因此C错误，D正确。

故选D。

(2)[2]下降的高度为，因此减少的重力势能为；

[3]打D点时的速度等于CE段的平均速度

动能增加量

(3)[4]不同意，可以选择A点作为起点，研究从B到D的过程，测得各点到A点的距离分别为hAB、hAC、hAD和hAE，如果在误差允许范围内得出

即可证明机械能守恒。

(4)[5]A．由于弹簧始终处于伸长状态，弹力最大时一定是最低点，重力能势最小，而弹力最小时一定是最高点，重力势能最大，A正确；

B．弹簧弹力最大时，弹簧伸长量最大，弹性势能最大，而弹力最小时，一定是弹簧伸长量最小，弹性势能最小，B错误；

C．弹簧的弹力最大和最小时，一定是物体速度为零，动能最小，而运动到平衡位置时，动能最大，C正确；

D．无论弹簧的弹力如何变化，总的机械能保持不变，D错误。

故选AC。