Question

【題目】某研究性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示．在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數據后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象．

（1）實驗前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的△t1 _______△t2（選填“＞”、“=”或“＜”）時，說明氣墊導軌已經水平．

（2）用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結果如圖丙所示，則d=____mm．

（3）滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖14甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖14乙所示，若△t1、△t2和d已知，要驗證滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恒，還應測出__和__（寫出物理量的名稱及符號）．

（4）若上述物理量間滿足關系式_____，則表明在上述過程中，滑塊和砝碼組成的系統機械能守恒．

Answer 1

【答案】（1）= （2）8.475 （3）滑塊質量M； 兩光電門間距離L． （4）

【解析】

（1）如果遮光條通過光電門的時間相等，即△t1 =△t2，說明遮光條做勻速運動，即說明氣墊導軌已經水平．
（2）螺旋測微器的固定刻度讀數為8mm，可動刻度讀數為0.01×47.5mm=0.475mm，所以最終讀數為：8mm+0.475mm=8.475mm．
（3、4）要驗證滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恒，就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法．由于光電門的寬度很小，所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度．，
滑塊和砝碼組成的系統動能的增加量 ．
滑塊和砝碼組成的系統動能的重力勢能的減小量△Ep=mgL
所以還應測出滑塊質量M，兩光電門間距離L．
如果系統動能的增加量等于系統重力勢能的減小量，那么滑塊和砝碼組成的系統機械能守恒．
即：