Question

【题目】气垫导轨是常用的一种实验仪器，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来验证动量守恒定律．已知I形挡光条的持续挡光宽度为L，实验装置如题图所示，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根据上述测量的实验数据及已知量，验证动量守恒定律的表达式是___________________________；

上式中算得的C、D两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的主要原因是 ___________；

③利用上述实验数据_____________(填写“能”或“否”)测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出计算表达式：_______________________________________。若不能说明理由

Answer 1

【答案】滑块C、D的质量、 滑块与气垫导轨间仍存在摩擦，气垫导轨未完全水平 能

【解析】

要验证动量守恒定律需要知道物体的质量和速度，而速度可以用位移与时间的比值代替，故要测质量；滑块与导轨间仍存在摩擦，导轨未完全水平，都会产生误差，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；

①要验证动量守恒定律需要知道物体的质量和速度，而速度可以用位移与时间的比值代替，故要测质量，即滑块C、D的质量mC、mD；
②设遮光条的宽度为d，则，
则验证动量守恒定律的表达式为：
即：；
滑块与导轨之间仍存在摩擦，或导轨未完全水平，或测量mC、mD及tA、tB时带来的误差从而导致C、D两滑块的动量大小并不完全相等；
③烧断捆绑的橡皮筋后只有弹簧弹力做功，系统机械能守恒，所以能测出被压缩弹簧的弹性势能的大小，弹簧的弹性势能等于两滑块离开弹簧的动能，即：。