Question

15．如图1所示为验证机械能守恒定律的实验装置，在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装光电门1和光电门2，滑块上固定一遮光条，与两光电门相连的数字计时器可以测量 遮光片经过光电门1和光电门2的时间，分别记为△t₁和△t₂．

（1）接通电源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，向右轻推滑块，若测得△t_l＞△t₂，说明气垫导轨左端偏高．（填“左”或“右”）
（2）用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图2所示，则d=2.45mm．
（3）气垫导轨调节好后，将滑块用细线跨过气垫导轨右端的定滑轮与质量为m的钩码相连，将滑块由图中所示位置释放，设钩码与地面足够远，分别测得△t'_l、△t'₂，若d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出滑块质量M，两光电门间距离L．（写出物理量的名称及符号）
（4）若上述物理量间满足关系式mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．

Answer 1

分析 （1）如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平，若不相等，即可判定高低．
（2）掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读．
（3）要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，根据这两个量求解．
（4）滑块和砝码组成的系统机械能守恒列出关系式．

解答 解：（1）如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
若测得△t_l＞△t₂，说明气垫导轨左端偏高．
（2）游标卡尺的主尺读数为：0.2cm=2mm，游标尺上第11个刻度和主尺上某一刻度对齐，
所以游标读数为9×0.05mm=0.45mm，所以最终读数为：2mm+0.45mm=2.45mm．
（3）要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，
光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
v₂=$\frac{d}{△{t}_{2}}$，v₁=$\frac{d}{△{t}_{1}}$
滑块和砝码组成的系统动能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²．
滑块和砝码组成的系统动能的重力势能的减小量△E_p=mgL
所以还应测出滑块质量M，两光电门间距离L．
（4）如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量，那么滑块和砝码组成的系统机械能守恒．
即：mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²；
故答案为：（1）左；（2）2.45；（3）滑块质量M，两光电门间距离L；（4）mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²．

点评 掌握游标卡尺的工作原理，及读数方法．
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．