Question

（2010?徐州三模）DIS實(shí)驗(yàn)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)．兩組學(xué)生用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究用輕繩拴著的小球在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．
（1）第一組同學(xué)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器采集小球運(yùn)動(dòng)半周內(nèi)的A、B、C、D、E五個(gè)位置的數(shù)據(jù)，選擇以圖象方式顯示實(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E點(diǎn)的高度h，縱軸表示小球的重力勢(shì)能EP、動(dòng)能EK或機(jī)械能E（選E點(diǎn)所在水平面為參考平面）．①在圖乙中，表示小球的重力勢(shì)能EP隨高度h變化關(guān)系的圖線是

Ⅱ

（選填“I”或“Ⅱ”）；②根據(jù)圖乙中數(shù)據(jù)，在答題紙的圖中畫(huà)出小球的機(jī)械能E隨高度h變化關(guān)系的圖線；③根據(jù)所作圖線判斷小球在這半周內(nèi)處于

上升

   階段（選填“上升”或“下降”）
（2）第二組同學(xué)通過(guò)放在圓心處的力傳感器得出繩上拉力隨時(shí)間變化的關(guān)系圖，部分截圖如圖丙所示．
①圖中的a點(diǎn)或c點(diǎn)對(duì)應(yīng)小球運(yùn)動(dòng)到

最低

位置（選填“最高”或“最低”）；
②由圖丙可知，繩上接力大小不斷隨時(shí)間變化，在ab階段繩上拉力差的最大值略大于bc階段繩上拉力差的最大值，其原因是

若沒(méi)有空氣阻力，小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的拉力差為△F=6mg．若有空氣阻力，當(dāng)小球從最低到最高階段△F＞6mg，當(dāng)小球從最高到最低階段△F＜mg．所以ab階段繩上的最大拉力差略大于bc階段的最大拉力差．

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)小球在靜止釋放后，重力在做正功，重力勢(shì)能E_P不斷減少，動(dòng)能E_K不斷增加，而重力勢(shì)能和動(dòng)能的總量即機(jī)械能近似不變來(lái)選擇圖線．
②根據(jù)E=E_p+E_k求解出各個(gè)高度對(duì)應(yīng)的機(jī)械能后作圖即可．
③根據(jù)機(jī)械能不斷減小進(jìn)行判斷．
（2）①最低點(diǎn)彈力最大．
②對(duì)最高點(diǎn)好最低點(diǎn)分別根據(jù)牛頓第二定律列式分析．

解答：解：（1）①重力勢(shì)能為mgh，與高度成正比，故為Ⅱ；
②根據(jù)E=E_p+E_k求解出各個(gè)高度對(duì)應(yīng)的機(jī)械能后作圖，如圖所示；

③由于機(jī)械能會(huì)損失，而圖中機(jī)械能隨著高度增加而減小，故球在上升；
（2）①小球做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)彈力最大；
②最高點(diǎn)：F₁+mg=m

v 2 1

r

最低點(diǎn)：F2-mg=m

v 2 2

r

若沒(méi)有空氣阻力，機(jī)械能守恒：mg?2R=

1

2

m

v

2 2

-

1

2

m

v

2 1

△F=F₂-F₁
聯(lián)立解得：△F=6mg
即沒(méi)有空氣阻力時(shí)，小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的拉力差為△F=6mg．
若有空氣阻力，當(dāng)小球從最低到最高階段△F＞6mg，當(dāng)小球從最高到最低階段△F＜mg．
所以ab階段繩上的最大拉力差略大于bc階段的最大拉力差．
答：（1）①Ⅱ；②如圖所示； ③上升；（2）①最低；②若沒(méi)有空氣阻力，小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的拉力差為△F=6mg．若有空氣阻力，當(dāng)小球從最低到最高階段△F＞6mg，當(dāng)小球從最高到最低階段△F＜mg．所以ab階段繩上的最大拉力差略大于bc階段的最大拉力差．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵明確實(shí)驗(yàn)原理，明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程；對(duì)于DIS實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)量傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中無(wú)法測(cè)量的一些過(guò)程量，對(duì)儀器的原理很少涉及，不難．