Question

如图某位同学设计了一个验证机械能守恒的实验。所用器材有：质量的小球、压力传感器、半径为，内径稍大于小球直径的圆管。把圆管轨道ABC固定在竖直平面内，使小球从A点正上方某位置由静止下落，刚好能进入细圆管。实验时忽略空气阻力，取，实验结果保留三位有效数字。完成下列填空：

（1）改变小球离A点的高度，实验时发现当时，小球从C点水平飞出后恰好能落到A点，用表示小球通过C点时的速度，则小球从A点到C点的过程中有       （选填“大于”、“小于”、“等于”）；

（2）再次改变小球离A点的高度，实验发现当小球运动到C点时恰好静止，而小球通过最低点B时B点处的压力传感器的读数为，若用表示小球通过B点时的速度，则小球从B点到C点的过程中有       。

（3）通过（1）、（2）的实验数据，可以得出的结论是：小球与地球组成的系统机械能                    （选填“守恒”、“不守恒”、“无法判断”），实验（2）中小球离A点的距离     （选填“大于”、“小于”、“等于”）

Answer

（1）等于；

（2）等于；

（3）守恒，大于．

【解析】

试题分析：（1）小球从C点水平飞出后恰好能落到A点，用表示小球通过C点时的速度，则有： ，而，那么，而小球从A点到C点的过程中有：

因此有：。

（2）小球通过最低点B时B点处的压力传感器的读数为，根据牛顿第二定律，则有：；

而小球运动到C点时恰好静止，则从B到C点，由动能定理，有：

由上解得：，而，由上可知，。

（3）通过（1）、（2）的实验数据，可以得出的结论是：小球与地球组成的系统机械能守恒，实验（1）中小球离开A点后，到达C点时，仍有速度，而实验（2）中小球离开A点后，到达C点时，没有速度，因此实验（2）中小球离A点的距离大于。

考点：验证机械能守恒定律

【名师点睛】考查平抛运动的处理规律，掌握牛顿第二定律的应用，注意小球到达最高点C点的速度不同，同时理解动能定理的运用，及过程的选取与功的正负，最后通过数据来确定机械能是否守恒，从而判定是否有摩擦力。