如图甲所示,一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放,下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门,测得A、B间的距离为H(H≫d),光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t,当地的重力加速度为g。则:
(1)如图乙所示,用游标卡尺测得小球的直径d=______cm。
(2)多次改变高度H,重复上述实验,作出 随H的变化图像如图丙所示,当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式:________________时,可判断小球下落过程中机械能守恒。
(3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp,增加下落高度后,则ΔEp-ΔEk将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(1)0.725 (2) (3)增大
【解析】:(1)根据游标卡尺读数原理可知:读数=主尺读数(cm)+游标读数(mm),主尺读数为0.7cm,游标读数为:,故读数为0.725cm;
(2)根据机械能守恒定律可得:变形代入已知量可得:,故只需要满足此式就可以验证机械能是守恒的;
(3)由于受空气阻力的影响,当高度增加速度变大受空气阻力就越大,故动能变小重力势能不受空气阻力影响,所以ΔEp-ΔEk的差值将增大。
知识拓展:
1.功与能
(1)区别功是过程量,能量是状态量,只能说处于某一状态的物体(或系统)具有多少能,而不能说这个物体(或系统) 具有多少功;功是能量转化的量度,决不能说“功是能的量度”。功和能是两个不同的概念,不可等同视之。
(2)联系功是能量转化的量度。做功的过程就是能量转化的过程,做了多少功,就有多少能量发生转化。
2.机械能守恒定律与能量守恒定律的区别
机械能守恒定律反映的是一个系统中只有重力和弹力做功,系统内物体的重力势能、弹性势能与动能可以相互转化.但总的机械能保持不变。能量守恒定律反映的是一个系统有机械能损失。但损失的机械能转变成其他形式的能,总的能量不变。
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