為了驗(yàn)證小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)過程的機(jī)械能是否守恒

題目

為了驗(yàn)證小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)過程的機(jī)械能是否守恒，利用如圖(a)裝置，不可伸長(zhǎng)的輕繩一端系住一小球，另一端連接力傳感器，小球質(zhì)量為m，球心到懸掛點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，小球釋放的位置到最低點(diǎn)的高度差為h，實(shí)驗(yàn)記錄輕繩拉力大小隨時(shí)間的變化如圖(b)，其中Fm是實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的最大拉力值，重力加速度為g，請(qǐng)回答以下問題：

(1)小球第一次運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)的過程，重力勢(shì)能的減少量△Ep=___________，動(dòng)能的增加量△Ek=___________。(均用題中所給字母表示)

(2)觀察圖(b)中拉力峰值隨時(shí)間變化規(guī)律，試分析造成這一結(jié)果的主要原因：___________。

(3)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用密度___________(選填“較大”或“較小”)的小球。

【答案】(1).mgh(2). (3). 空氣阻力做負(fù)功，機(jī)械能有損失(4). 較大

【解析】

【分析】

【詳解】(1)[1]小球第一次擺動(dòng)至最低點(diǎn)的過程，重心下降了h，則重力勢(shì)能的減少量為

[2]小球第一次擺動(dòng)至最低點(diǎn)，初速度為零，最低點(diǎn)速度為，由牛頓第二定律有

而動(dòng)能的增加量為

聯(lián)立解得