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    气垫导轨是一种常用的实验仪器，它是利用气泵将压缩空气通过导轨的众多小孔高速喷出，在导轨与滑块之间形成薄薄一层气垫，使滑块悬浮在导轨上．由于气垫的摩擦力极小，滑块在导轨上的运动可很好地近似为没有摩擦的运动．我们可以用固定在气垫导轨上的光电门A、B和光电计时装置，以及带有I形挡光条的滑块C、D来测出被压缩弹簧的弹性势能的大小．已知I形挡光条的持续挡光宽度为L，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：
    a．调节气垫导轨底座螺母，观察导轨上的气泡仪，使导轨成水平状态；
    b．在滑块C、D间放入一个轻质弹簧，用一条橡皮筋捆绑箍住三者成一水平整体，静置于导轨中部；
    c．将光电门尽量靠近滑块C、D两端；
    d．烧断捆绑的橡皮筋，使滑块C、D在弹簧作用下分离，分别通过光电门A、B；
    e．由光电计时器记录滑块C第一次通过光电门A时I形挡光条持续挡光的时间tC，以及滑块D第一次通过光电门B时I形挡光条持续挡光的时间tD．
    （1）实验中还应测量的物理量是
    滑块C、D的质量mC、mD
    滑块C、D的质量mC、mD
    ；
    （2）利用上述实验数据写出计算被压缩弹簧的弹性势能Ep的表达式
    Ep=
    1
    2
    mC(
    L
    tA
    )2+
    1
    2
    mD(
    L
    tB
    )2
    Ep=
    1
    2
    mC(
    L
    tA
    )2+
    1
    2
    mD(
    L
    tB
    )2
    ．
    分析：由于要知道压缩弹簧的弹性势能，故需要知道物体的质量，所以必须用天平分别测出滑块C、D的质量mC、mD．
    根据能量守恒，弹簧的弹性势能转化为两滑块匀速运动时的动能即Ep=
    1
    2
    mCVC2+
    1
    2
    mD vD2，利用位移与时间的关系求出vC和vD．
    解答：解：（1）滑块C、D来测出被压缩弹簧的弹性势能的大小，所以要用天平分别测出滑块C、D的质量mC、mD；
    （2）根据能量守恒，弹簧的弹性势能转化为两滑块匀速运动时的动能
    即Ep=
    1
    2
    mCVC2+
    1
    2
    mD vD2，
    再由v=
    x
    t
    得：vC=
    L
    tA
    ；vD=
    L
    tB

    所以弹性势能为
    Ep=
    1
    2
    mC(
    L
    tA
    )2+
    1
    2
    mD(
    L
    tB
    )2
    故答案为：滑块C、D的质量mC、mD；Ep=
    1
    2
    mC(
    L
    tA
    )2+
    1
    2
    mD(
    L
    tB
    )2
    点评：让学生掌握如何弹性势能大小，除借助于动能定理来计算，也可以利用弹簧弹力是均匀变化，取弹力的平均值，从而运用功表达式来确定．
    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：

    气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：
    a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB．
    b．调整气垫导轨，使导轨处于水平．
    c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导轨上．
    d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1．
    e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2．
    （1）实验中还应测量的物理量是
    B的右端至D板的距离L2
    B的右端至D板的距离L2
    ．
    （2）利用上述测量的实验数据，得出关系式
    mA
    L1
    t1
    -mB
    L2
    t2
    =0
    mA
    L1
    t1
    -mB
    L2
    t2
    =0
    成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是
    测量mA、mB、L1、L2、t1、t2时带来的误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导轨间有摩擦
    测量mA、mB、L1、L2、t1、t2时带来的误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导轨间有摩擦
    ．

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    科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

    （1）理想变压器初、次级匝数比为55：9，初级接在u=311sinl00πtV的交流电源上，则与次级并联的电压表的读数为
     
    V，当次级接上60Ω的电灯一盏时，变压器输入功率为
     
    W．
    （2）气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：
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    A．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；
    B．调整气垫导轨，使导轨处于水平；
    C．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导轨上；
    D．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1．
    E．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2，本实验中还应测量的物理量是
     
    ，利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是
     
    ．
    （3）在“测定金属的电阻率的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度l=0.810m，金属丝的电阻大约为4Ω．先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．精英家教网
    ①从图中读出金属丝的直径为
     
    ．
    ②在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：
    直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；
    电流表A1：量程0-0.6A，内阻0.125Ω：
    电流表A2：量程0～3.0A，内阻0.025Ω；
    电压表V：量程0～3V，内阻3kΩ；
    滑动变阻器R1：最大阻值10Ω
    滑动变阻器R2：最大阻值50Ω；开关、导线等．
    在可供选择的器材中，应该选用的电流表是
     
    ，应该选用的滑动变阻器是
     
    ．
    ③根据所选的器材，画出实验电路图．
    ④若根据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx=4.1Ω，则这种金属材料的电阻率为
     
    Ω?m．（保留二位有效数字）

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    科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

    气垫导轨是一种常用的实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，这样滑块在导轨上的运动可视为与导轨间无摩擦，如题图气垫导轨的实验装置如图甲所示，利用带有竖直挡光片的滑块，就可以完成许多力学实验，光电计时器及其光电门的结构如图乙所示，a、b分别是光电门中彼此正对的激光发射和接收装置。挡光片结构如图丙所示，两挡光条之间的距离Δx很小（约2~3 cm）。当挡光片的两遮光部分从a、b间通过时，光电计时器就可以显示两次开始挡光的时间，由此可以较准确测量出挡光片的左右两挡光条通过光电门的时间间隔Δt，这样就可以表示出滑块通过光电门时的速度。

    利用气垫导轨来验证牛顿第二定律

    （1）使用气垫导轨来验证牛顿第二定律时，首先通过调螺钉使气垫导轨水平，其具体检测导轨水平的方法可以是：                                                   ；

    （2）若滑块[包括挡光片]和砝码[连接滑块和砝码的轻绳跨过导轨右端的光滑定定滑轮]的质量分别为M和m（M＞m），滑块从静止释放后，向右做匀加速运动，先后通过光电门1和2（两光电门之间距离为x），结果光电门1和2的示数分别为Δt1和Δt2，滑块上挡光片的两挡光条间距为Δx，则滑块通过光电门1时的速度v1=             ，通过光电门2时的速度v2=             。利用匀速直线运动的规律可求得滑块运动的加速度a =         (用v1、v2、x表示)，则近似验证牛顿第二定律的表达式为：                     ；（用M、m、a、g表示）

    （3）本实验的器材除气垫导轨、天平、砝码、滑块[包括挡光片]和光电计时器之外，不仅需要器材用                测出两光电门的间距x，还需要测出两挡光条的间距Δx，为使测量尽可能精确，测Δx时应使用的测量器材是                   ；

    （4）若本实验中近似验证牛顿第二定律仍有误差，其主要原因是：

                                                                             。

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    科目：高中物理 来源：2010-2011学年黑龙江省齐齐哈尔市克山一中高三（上）第三次月考物理试卷（解析版） 题型：解答题

    气垫导轨是一种常用的实验仪器，它是利用气泵将压缩空气通过导轨的众多小孔高速喷出，在导轨与滑块之间形成薄薄一层气垫，使滑块悬浮在导轨上．由于气垫的摩擦力极小，滑块在导轨上的运动可很好地近似为没有摩擦的运动．我们可以用固定在气垫导轨上的光电门A、B和光电计时装置，以及带有I形挡光条的滑块C、D来测出被压缩弹簧的弹性势能的大小．已知I形挡光条的持续挡光宽度为L，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：
    a．调节气垫导轨底座螺母，观察导轨上的气泡仪，使导轨成水平状态；
    b．在滑块C、D间放入一个轻质弹簧，用一条橡皮筋捆绑箍住三者成一水平整体，静置于导轨中部；
    c．将光电门尽量靠近滑块C、D两端；
    d．烧断捆绑的橡皮筋，使滑块C、D在弹簧作用下分离，分别通过光电门A、B；
    e．由光电计时器记录滑块C第一次通过光电门A时I形挡光条持续挡光的时间tC，以及滑块D第一次通过光电门B时I形挡光条持续挡光的时间tD．
    （1）实验中还应测量的物理量是______；
    （2）利用上述实验数据写出计算被压缩弹簧的弹性势能Ep的表达式______．

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