题目内容

【题目】如图甲所示,一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验.有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放,下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门,测得A、B间的距离为H(Hd),光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g.则:

(1)测小球直径时用了一种新出厂的游标卡尺,与普通游标卡尺不同,它游标尺的刻线看起来很“稀疏”,使得读数时清晰明了,方便了使用者正确读取数据.如果此游标尺的刻线是将“39 mm等分成20份”。用该游标卡尺测得小球的直径如图所示,则d=_______cm.

(2)多次改变高度H,重复上述实验,作出随H变化的图像如图丙所示,当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式________时,可判断小球下落过程中机械能守恒.

(3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp,增加下落高度后,则ΔEp-ΔEk将________(选填“增加”“减小”或“不变”)。

【答案】3.125 增加

【解析】

(1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数,不需估读.
(2)本实验采用光电门利用平均速度法求解落地时的速度;则根据机械能守恒定律可知,减小的重力势能应等于增大的动能;
(3)由实验的原理,结合能量守恒分析△Ep-△Ek将如何变化.

(1)该小球的直径.

(2)小球通过光电门的时间为,设金属小球从处由静止释放通过处光电门时的速度为,由机械能守恒定律有,故当图中已知量、,重力加速度和小球的直径满足表达式或时,可判断小球下落过程中机械能守恒.

(3)实验中发现动能的增加量总是稍小于重力势能的减少量,原因在于有阻力做负功,增加下落高度后,阻力做负功将增加,则将增加.

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