Question

11．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块系统的机械能守恒．

（1）如图乙所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=3.25mm．
（2）实验前调整气垫导轨底座使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t，则滑块经过光电门时的速度可表示为$\frac{d}{△t}$（各物理量均用字母表示）．
（3）用天平测出钩码的质量m和滑块的质量M，已知重力加速度为g，本实验还需要测量的物理量是滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s（文字说明并用相应的字母表示）．
（4）本实验验证钩码和滑块系统机械能守恒的表达式为mgs=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△t}$）²．

Answer 1

分析 （1）掌握游标卡尺的读数方法，即主尺读数加上游标读数，不需估读；
（2）本实验中由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小；
（3、4）比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒．

解答 解：（1）游标卡尺主尺读数为0.3cm=3mm，游标尺上第5个刻度与主尺上某一刻度对齐，
则游标读数为5×0.05=0.25mm，
所以最终读数为：3mm+0.25m=3.25mm；
（2）由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为：v=$\frac{d}{△t}$
（3）根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒，故需要测量的物理量为：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M．
钩码和滑块所组成的系统为研究对象，其重力势能的减小量为mgs，
系统动能的增量为：$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△t}$）²，
（4）因此只要比较二者是否相等，即可验证系统机械能是否守恒．
则为mgs=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△t}$）²，
故答案为：（1）3.25mm；（2）$\frac{d}{△t}$；（3）滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s；（4）mgs=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△t}$）²．

点评 物理实验如何变化，正确理解实验原理都是解答实验的关键，同时加强物理基本规律在实验中的应用．