Question

19．某學(xué)習(xí)小組利用如圖1所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理．

（1）安裝好實(shí)驗(yàn)器材，要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平．操作應(yīng)該是不掛砝碼盤(pán)和細(xì)線，如果滑塊能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)或滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間相等則氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)．
（2）從裝置圖中讀出兩光電門(mén)中心之間的距離s=50.00cm；通過(guò)如圖2游標(biāo)卡尺測(cè)得擋光條的寬度d=2.25mm
（3）擋光條的寬度為d，記錄擋光條通過(guò)光電門(mén)1和2所用的時(shí)間△t₁和△t₂，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實(shí)驗(yàn)，還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M；
（4）實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證的動(dòng)能定理的表達(dá)式Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\fracusu4qeq{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frackoc4gqa{{t}_{1}}$）²（用（2）（3）中字母表示）
（5）該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？否（填“是”或“否”）．

Answer 1

分析 （1）氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)時(shí)，滑塊受力平衡，做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止；
（2）先明確刻度尺的分度值，讀數(shù)時(shí)注意估讀一位；游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀；
（3、4）光電門(mén)測(cè)速度的原理是用平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，根據(jù)功能關(guān)系可以求出需要驗(yàn)證的關(guān)系式，進(jìn)而得到還需要測(cè)量的物理量；
（5）該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，故不需要滿足砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平．不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源，如果滑塊能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)或滑塊經(jīng)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間相等，則表示氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)．
（2）光電門(mén)1處刻度尺讀數(shù)為：20.30cm，光電門(mén)2處刻度尺讀數(shù)為：70.30cm，故兩光電門(mén)中心之間的距離s=70.30cm-20.30cm=50.00cm；
游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為2mm，游標(biāo)尺上第5個(gè)刻度與主尺上某一刻度對(duì)齊，故其讀數(shù)為0.05×5mm=0.25mm，所以最終讀數(shù)為：2mm+0.25mm=2.25mm；
（3、4）由于光電門(mén)的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
滑塊通過(guò)光電門(mén)1速度為：v₁=$\fracksqu2wc{{t}_{1}}$
滑塊通過(guò)光電門(mén)2速度為：v₂=$\fracygsykgk{{t}_{2}}$
根據(jù)功能關(guān)系需要驗(yàn)證的關(guān)系式為：Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\frac2okgug2{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\fracw4okms2{{t}_{1}}$）²
可見(jiàn)還需要測(cè)量出M，即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量；
（5）該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤(pán)的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（1）能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)或滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間相等；
（2）50.00；  2.25；
（3）滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M；
（4）Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\fracouy4e2y{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\fracsuqeqmy{{t}_{1}}$）²；
（5）否

點(diǎn)評(píng) 了解光電門(mén)測(cè)量瞬時(shí)速度的原理，實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過(guò)程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時(shí)明確實(shí)驗(yàn)原理是解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的前提．