Question

18．某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會(huì)輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連．滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動(dòng)，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時(shí)，通過計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象．

（1）實(shí)驗(yàn)前，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的△t₁=△t₂（選填“＞”、“=”或“＜”）時(shí)，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖丙所示，則d=5.0mm．
（3）滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連，鉤碼Q的質(zhì)量為m．將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計(jì)算機(jī)得到的圖象如圖乙所示，若△t₁、△t₂和d已知，要驗(yàn)證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測(cè)出滑塊質(zhì)量M和兩光電門間距為L(zhǎng)（寫出物理量的名稱及符號(hào)）．
（4）若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fraceosqjhq{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fraciwp44iv{△{t}_{1}}$）²，則表明在上述過程中，滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 （1）遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時(shí)間相同，說明滑塊勻速運(yùn)動(dòng)，氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）看清精確度，先讀主尺，再讀副尺．
（3）（4）鉤碼重力勢(shì)能的減小等于滑塊和鉤碼動(dòng)能的增加，列出表達(dá)式，由此來確定需要測(cè)量的量．

解答 解：（1）輕推滑塊，放手使其自由滑動(dòng)，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時(shí)間相同，說明滑塊勻速運(yùn)動(dòng)，氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）該游標(biāo)卡尺的精確度為0.1mm，主尺讀數(shù)為：5mm，副尺讀數(shù)為：0×0.1mm=0.0mm，故遮光條寬度d=5.0mm．
（3）設(shè)滑塊質(zhì)量為M，兩光電門間距離L，依據(jù)給定的連接方式可知，比較鉤碼重力勢(shì)能的減小與滑塊和鉤碼動(dòng)能的增加之間的關(guān)系，
即：mgL與$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frackry9h4l{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracfpvtwad{△{t}_{1}}$）²，可驗(yàn)證機(jī)械能守恒，故還需要測(cè)量滑塊質(zhì)量為M，兩光電門間距離L．
（4）上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracmltba49{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracxwqzclk{△{t}_{1}}$）²，則表明在滑塊和砝碼的運(yùn)動(dòng)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）=；（2）5.0； （3）滑塊質(zhì)量M，兩光電門間距為L(zhǎng)；（4）mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracwaexqth{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac4vtwa0r{△{t}_{1}}$）²．

點(diǎn)評(píng) 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、所測(cè)數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果，要學(xué)會(huì)透過問題看本質(zhì)．