Question

4．用DIS研究机械能守恒定律的装置如图所示，某组同学在一次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图（b）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（b）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关系的图线分别是乙丙甲（按顺序填写相应图线所对应的文字）．
（2）图（a）所示的实验装置中，K是光电门传感器，其直接作用是测挡光时间．小球上连接的挡光片宽度为d，通过光电门的时间为t，可以得到小球在最低点的瞬时速度为$\frac{d}{t}$．
（3）根据图（b）所示的实验图象，可以得出的结论是误差允许范围内，只有重力做功情况下，小球机械能守恒．

Answer 1

分析 根据小球向上摆动过程中，重力做负功，高度h增大，由E_P=mgh增大，动能减小，而重力势能和动能的总量即机械能不变来选择图线．小球摆动过程受到拉力和重力，拉力不做功，只有重力做功，在这个条件下得出结论：只有重力做功的情况下小球机械能守恒．

解答 解：（1）小球在静止释放后，重力在做正功，重力势能E_P不断减少，动能E_K不断增加，通过观察图象b特点易知：丙表示重力势能E_P，乙表示动能E_K，甲表示机械能E．故答案为乙 丙 甲；
（2）光电门的直接作用是测挡光时间，根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度得，v=$\frac{d}{t}$．
（3）小球在运动过程中，存在一定的阻力，所以在实验误差允许的范围内，只有重力做功情况下，小球机械能守恒．
故答案为：（1）乙丙甲．（2）测挡光时间，$\frac{d}{t}$，（3）误差允许范围内，只有重力做功情况下，小球机械能守恒．

点评 本题比较新颖，要注意结合实验的原理进行分析，从而找出符合该实验的原理．