Question

3．DIS實(shí)驗(yàn)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)．老師上課時(shí)用DIS研究“機(jī)械能守恒定律”的裝置如圖甲所示，在某次實(shí)驗(yàn)中，選擇DIS以圖象方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖象如圖乙所示．圖象的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢(shì)能E_p、動(dòng)能E_k或機(jī)械能E．試回答下列問(wèn)題：

（1）圖乙的圖象中，表示小球的重力勢(shì)能E_p、動(dòng)能E_k、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是B
A．甲、乙、丙    B．乙、丙、甲  C．丙、甲、乙    D．丙、乙、甲
（2）根據(jù)圖乙所示的實(shí)驗(yàn)圖象，可以得出的結(jié)論是由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，在誤差允許范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒
（3）根據(jù)圖乙所示的實(shí)驗(yàn)圖象，本次實(shí)驗(yàn)小球重力勢(shì)能E_p和動(dòng)能E_k相等時(shí)距最低點(diǎn)D的豎直高度為0.1m，由靜止釋放時(shí)距最低點(diǎn)D的豎直高度為0.2m．
（4）根據(jù)圖乙所示的實(shí)驗(yàn)圖象，可以得出小球的質(zhì)量為0.0082kg（取g=9.8m/s²，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）小球向上擺動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)高度的變化得出重力勢(shì)能的變化，根據(jù)動(dòng)能定理得出動(dòng)能的變化，抓住機(jī)械能不變得出正確的圖線．
（2）根據(jù)圖乙所示圖象，結(jié)合三種圖線的變化得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論．
（3）根據(jù)圖線，抓住動(dòng)能和重力勢(shì)能相等得出此時(shí)的高度，當(dāng)小球處于最高點(diǎn)時(shí)，結(jié)合此時(shí)動(dòng)能為零得出高度．
（4）根據(jù)動(dòng)能為零時(shí)，重力勢(shì)能的大小，結(jié)合E_p=mgh求出小球的質(zhì)量．

解答 解：（1）根據(jù)E_P=mgh和動(dòng)能定理可知，當(dāng)高度增大時(shí)，重力做負(fù)功，E_P=mgh增大，動(dòng)能減小，而機(jī)械能不變，則乙表示重力勢(shì)能E_P丙表示動(dòng)能，甲表示機(jī)械能．故選：B．
（2）小球擺動(dòng)過(guò)程受到拉力和重力，拉力不做功，只有重力做功，小球的機(jī)械能守恒．故得出的結(jié)論是：在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒．
（3）由乙圖可知，重力勢(shì)能和動(dòng)能相等時(shí)，距離最低點(diǎn)D的豎直高度h=0.1m，丙圖線表示動(dòng)能的變化，當(dāng)動(dòng)能為零時(shí)，小球處于最高點(diǎn)，即靜止釋放的位置，可知此時(shí)h=0.2m．
（4）由乙圖可知，當(dāng)動(dòng)能為零時(shí)，圖線乙對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為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．
故答案為：（1）B，（2）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒，（3）0.1，0.2，（4）0.0082．

點(diǎn)評(píng) 本題考查理解物理圖象的能力．守恒定律關(guān)鍵要明確條件．驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)最后得出結(jié)論時(shí)，要強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)．