Question

為探究物體在下落過程中機械能是否守恒，某同學采用實驗裝置如下左圖所示。
（1）其設計方案如下：讓質量為m的鐵塊從開始端自由下落，開始端至光電門的高度差為h，則此過程中小鐵塊的重力勢能的減少量為          ；測出小鐵塊通過光電門時的速度為v，則此過程小鐵塊動能的增加量為          ；比較兩個量之間的關系就可得出此過程中機械能是否守恒，（已知當地重力加速度大小為g）

（2）具體操作步驟如下：
A．用天平測定小鐵塊的質量
B．用游標卡尺測出立方體小鐵塊的邊長d；
C．用刻度尺測山電磁鐵下端到光電門的距離h（h»d）；
D．電磁鐵先通電（電源末畫出），讓小鐵塊吸在開始端；
E．斷開電源，讓小鐵塊自由下落；
F．計時裝置記錄小鐵塊經過光電門所用時間為t，計算出相應速度v；
G．改變光電門的位置，從復C、D、E、F等步驟，得到七組（，）數據：
H．將七組數據據在v²-h坐標系中找到對應的坐標點，擬臺得到如上右圖所示直線，
上述操作中有一步驟可以省略，你認為是   【填步驟前的字母）；寫出計算小鐵塊經過光電門的速度表達式v=     ．
（3）若v²-h圖線滿足條件_______        _______               __，則可判斷小鐵塊在下落過程中機械能守恒．

Answer 1

（1）mgh     （2）A    （3）直線斜率的值與2g在誤差允許范圍內相等

試題分析：（1）根據 重力做功與重力勢能變化量之間的關系，該過程重力做功為mgh，所以重力勢能減少mgh；速度從零變化到v，所以動能的增加為；（2）本實驗是看減少的重力勢能mgh與增加的動能是否相等來判斷機械能是否守恒，兩表達式中都含義質量m，所以小鐵塊的質量不需要測量，故選A；
小鐵塊邊長為d，通過光電門的時間t，所以是鐵塊經過光電門的平均速度，因時間很短，該平均速度近視為小鐵塊通過光電門的瞬時速度；（3）若v²-h圖線的斜率等于2g，則，可得：，則可判斷小鐵塊在下落過程中滿足機械能守恒。