Question

4．在“验证机械守恒定律”实验中，利用下图所示的装置进行实验，验证钩码和滑块所组成的系统从由静止释放到通过光电门这一过程机械能守恒．实验开始时，气轨已经调成水平状态．
（1）已知遮光条的宽度为d，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为t，则滑块经过光电门时的速度为$\frac{d}{t}$．
（2）在本次实验中还需要测量的物理量有（文字说明并用相应的字母表示）：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M．
（3）本实验通过比较mgs和$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{t}$）²（用测量的物理量符号表示）在实验误差允许的范围内是否相等，从而验证系统的机械能是否守恒．

Answer 1

分析 （1）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；
（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，因此需要测量滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，计算动能需要知道滑块的质量M；
（3）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）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=$\frac{d}{t}$
（2）根据以上瞬时速度的公式，因此需要知道滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，计算动能需要知道滑块的质量M，故还需要测量M．
故答案为：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．
（3）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．
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．
故答案为：（1）$\frac{d}{t}$；（2）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；（3）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．