题目内容
19．某小组同学利用如图甲所示的装置来探究机械能守恒定律，实验步骤如下：
①把力传感器M固定，并在挂钩正下方固定一个小圆环；（环中的光滑小孔O刚好能穿过一根细线）
②一根不可伸长的轻细线一端固定一个小金属球，另一端穿过小孔O固定在传感器的挂钩上；
③小金属球处于竖直静止状态时，从拉力传感器中得到的拉力随时间变化的关系图象如图乙中的②所示；
④细线处于水平伸直状态，小金属球由静止释放，从拉力传感器中得到的拉力随时间变化的关系图象如图乙中的①所示．
回答下列问题：
（1）由于重力加速度未知，为探究机械能是否守恒，需要测量或已知哪些物理量CD；
A．小金属球的质量m B．细线的长度l C．图乙中的F0的大小
D．图乙中F1的大小 E．小金属球在最低点C的速度
（2）若已经由实验得到（1）中所需物理量，为验证小金属球由最高点A到最低点C的过程机械能是否守恒，只需验证等式2F0=F1-F0是否成立．（用（1）中所选物理量的符号表示）
分析 （1）依据减小的重力势能等于增加的动能，结合牛顿第二定律，及图象信息，即可求解；
（2）利用合力提供向心力，可求解小球在最低点C的速度大小，再根据机械能守恒的表达式可以求出所要求的关系式．
解答 解：（1）由于重力加速度未知，则有通过静止时，绳子的拉力F0，可知，小球的重力G=mg=F0，
小球在最低点，由牛顿第二定律，则有：F1-F0=m$\frac{{v}_{c}^{2}}{l}$
因此有，F0l=$\frac{1}{2}$（F1-F0）l；
即有，F0=$\frac{1}{2}$（F1-F0），
由上可知，故选：CD．
（2）根据机械能守恒的表达式有：mgl=$\frac{1}{2}m{v}_{c}^{2}$，结合以上分析，则有2F0=F1-F0．
故答案为：（1）CD；（2）2F0=F1-F0．
点评 无论采用什么样的方法来验证机械能守恒，明确其实验原理都是解决问题的关键，同时在处理数据时，要灵活应用所学运动学的基本规律．
练习册系列答案
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