Question

3．DIS实验是利用现代信息技术进行的实验．老师上课时用DIS研究“机械能守恒定律”的装置如图甲所示，在某次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图乙所示．图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能E_p、动能E_k或机械能E．试回答下列问题：

（1）图乙的图象中，表示小球的重力势能E_p、动能E_k、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是B
A．甲、乙、丙    B．乙、丙、甲  C．丙、甲、乙    D．丙、乙、甲
（2）根据图乙所示的实验图象，可以得出的结论是由实验结果知，在误差允许范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒
（3）根据图乙所示的实验图象，本次实验小球重力势能E_p和动能E_k相等时距最低点D的竖直高度为0.1m，由静止释放时距最低点D的竖直高度为0.2m．
（4）根据图乙所示的实验图象，可以得出小球的质量为0.0082kg（取g=9.8m/s²，结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）小球向上摆动的过程中，根据高度的变化得出重力势能的变化，根据动能定理得出动能的变化，抓住机械能不变得出正确的图线．
（2）根据图乙所示图象，结合三种图线的变化得出实验的结论．
（3）根据图线，抓住动能和重力势能相等得出此时的高度，当小球处于最高点时，结合此时动能为零得出高度．
（4）根据动能为零时，重力势能的大小，结合E_p=mgh求出小球的质量．

解答 解：（1）根据E_P=mgh和动能定理可知，当高度增大时，重力做负功，E_P=mgh增大，动能减小，而机械能不变，则乙表示重力势能E_P丙表示动能，甲表示机械能．故选：B．
（2）小球摆动过程受到拉力和重力，拉力不做功，只有重力做功，小球的机械能守恒．故得出的结论是：在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒．
（3）由乙图可知，重力势能和动能相等时，距离最低点D的竖直高度h=0.1m，丙图线表示动能的变化，当动能为零时，小球处于最高点，即静止释放的位置，可知此时h=0.2m．
（4）由乙图可知，当动能为零时，图线乙对应的坐标为1.60×10^-2J，即mgh=1.60×10^-2J，解得m=$\frac{1.60×1{0}^{-2}}{9.8×0.2}$kg=0.0082kg．
故答案为：（1）B，（2）由实验结果知，在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒，（3）0.1，0.2，（4）0.0082．

点评 本题考查理解物理图象的能力．守恒定律关键要明确条件．验证性实验最后得出结论时，要强调在实验误差允许的范围内．