Question

【題目】如圖所示，氣墊導軌上滑塊的質量為M，鉤碼的質量為m，遮光條寬度為d，兩光電門間的距離為L，氣源開通后滑塊在牽引力的作用下先后通過兩個光電門的時間為△t1和△t2．當地的重力加速度為g

（1）若光電計時器還記錄了滑塊從光電門1到光電門2的時間△t，用上述裝置測量滑塊加速度，加速度的表達式為_____（用所給的物理量表示）。

（2）用上述裝置探究滑塊加速度a與質量M及拉力F的關系時，要用鉤碼重力代替繩子的拉力，則m與M之間的關系應滿足關系_____；

（3）若兩光電門間的距離為L，用上述裝置驗證系統在運動中的機械能守恒。滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，滿足關系式_____時（用所給的物理量表示），滑塊和鉤碼系統機械能守恒。正常情況下，在測量過程中，系統動能的增加量總是_____（填“大于”“等于”或“小于”）鉤碼重力勢能的減少量。

Answer 1

【答案】 m＜＜M 小于

【解析】

（1）根據遮光板通過光電門的速度可以用平均速度代替得：

滑塊通過第一個光電門時的速度：

滑塊通過第二個光電門時的速度：

滑塊的加速度：

（2）當滑塊質量M遠大于鉤碼質量m 時，細線中拉力近似等于鉤碼重力。

（3）通過光電門1時的速度v1，通過光電門1時的速度v2，兩光電門間的距離L，在這個過程中，減少的重力勢能能：△Ep=mgL，增加的動能為：（M+m）v22﹣（M+m）v12

需要驗證的是：△Ep=△Ek代入得：

mgL=（M+m）v22﹣（M+m）v12

即，

正常情況下，由于阻力作用，系統動能的增加量總是小于鉤碼重力勢能的減少量。