Question

【題目】某實驗小組設計了如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其主要步驟如下：

（1）物塊P、Q用跨過光滑定滑輪的輕繩相連，P底端固定了一豎直寬度為d的輕質遮光條。托住P，使系統處于靜止狀態（如圖所示），用刻度尺測出遮光條所在位置A與固定在鐵架臺上的光電門B之間的高度h。

（2）現將物塊P從圖示位置由靜止釋放，記下遮光條通過光電門的時間為t，則遮光條通過光電門時的速度大小v=___________。

（3）己知當地的重力加速度為g，為了驗證機械能守恒定律，還需測量的物理量是_________（用相應的文字及字母表示）。

（4）利用上述測量的實驗數據，驗證機械能守恒定律的表達式是_________。

（5）改變高度h，重復實驗，描繪出v2-h圖象，該圖象的斜率為k。在實驗誤差允許范圍內，若k= _________，則驗證了機械能守恒定律。

Answer 1

【答案】 P的質量M，Q的質量m （M-m）gh=

【解析】

（1）[1]光電門的遮光條擋住光的時間極短，則平均速度可作為瞬時速度，有：

；

（2）[2]兩物塊和輕繩構成的系統，只有重力做功，機械能守恒：

故要驗證機械能守恒還需要測量P的質量M、Q的質量m；

（3）[3]將光電門所測速度帶入表達式：

則驗證機械能守恒的表達式為：

；

（4）[4]將驗證表達式變形為：

若在誤差允許的范圍內，系統滿足機械能守恒定律，圖像將是一條過原點的傾斜直線，其斜率為：

。