Question

（2012?南京二模）如图（a）为利用气垫导轨（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略）“验证机械能守恒定律”的实验装置，请结合以下实验步骤完成填空．

（1）将气垫导轨放在水平桌面上，并调节至水平．
（2）用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出钩码的总质量m．用刻度尺测出两光电门中心之间的距离s，用游标卡尺测出挡光条的宽度l，见图（b），l的读数为

1.550

cm．
（3）将滑块移至光电门A左侧某处，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门B．读出滑块分别通过光电门A和光电门B时的挡光时间△t₁和△t₂．
（4）滑块通过光电门A和光电门B时，可以确定系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为E_k1=

1

2

（M+m）(

l

△t1

)2

和E_k2=

1

2

（M+m）(

l

△t2

)2

．在滑块从光电门A运动到光电门B的过程中，系统势能的减少量△E_p=

mgs

．（已知重力加速度为g）
比较

△E_p

和

E_k2-E_k1

，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．（所有物理量均用字母表示）

Answer 1

分析：光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．
由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量．
要注意本题的研究对象是系统．

解答：解：（1）l的读数为15mm+10×0.05mm=15.50mm=1.550cm
（2）由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门1速度v₁=

l

△t1

滑块通过光电门2速度v₂=

l

△t2

系统的总动能分别为E_k1=

1

2

（M+m）(

l

△t1

)2和E_k2=

1

2

（M+m）(

l

△t2

)2
在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少△E_p=mgs
比较△E_p和E_k2-E_k1，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．
故答案为：1.550；

1

2

（M+m）(

l

△t1

)2；

1

2

（M+m）(

l

△t2

)2；mgs；△E_p；E_k2-E_k1．

点评：了解光电门测量瞬时速度的原理．
实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面．