Question

19．如圖甲所示為驗證機(jī)械能守恒定律的實驗裝置，在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條．若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機(jī)相連．滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象．

（1）實驗前，接通電源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，若圖乙中的△t₁＞△t₂，說明氣墊導(dǎo)軌右端偏高（填左或右）．
（2）用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d=2.20mm．
（3）滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機(jī)得到的圖象如圖乙所示，若△t₁、△t₂和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測出滑塊質(zhì)量M和兩光電門間距離L （寫出物理量的名稱及符號）．
（4）若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracx8arhcr{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracttxm7ys{{△t}_{1}}$）²，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 （1）如果遮光條通過光電門的時間相等，說明遮光條做勻速運(yùn)動，即說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）螺旋測微器的讀數(shù)方法是固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，在讀可動刻度讀數(shù)時需估讀．
（3）要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，就應(yīng)該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，根據(jù)這兩個量求解．
（4）滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒列出關(guān)系式．

解答 解：（1）滑塊做加速運(yùn)動，說明氣墊導(dǎo)軌右端偏高；
（2）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為2mm，游標(biāo)尺上第4個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標(biāo)讀數(shù)為4×0.05mm=0.20mm，所以最終讀數(shù)為：2mm+0.20mm=2.20mm．
（3）要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，就應(yīng)該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，
光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法．由于光電門的寬度很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度．
v_B=$\fracmqzonwz{{△t}_{2}}$，v_A=$\fracmgn5oxl{{△t}_{1}}$
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac4qic0py{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracoc6ortl{{△t}_{1}}$）²．
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動能的重力勢能的減小量△E_p=mgL
所以還應(yīng)測出滑塊質(zhì)量M，兩光電門間距離L．
（4）如果系統(tǒng)動能的增加量等于系統(tǒng)重力勢能的減小量，那么滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．
即：mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fraczeoluxq{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracxbbptsx{{△t}_{1}}$）²
故答案為：（1）右
（2）2.20
（3）滑塊質(zhì)量M，兩光電門間距離L．
（4）mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracp0fucaa{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracyd6xlkt{{△t}_{1}}$）²

點(diǎn)評 掌握螺旋測微器的讀數(shù)方法．
了解光電門測量瞬時速度的原理．
實驗中我們要清楚研究對象和研究過程，對于系統(tǒng)我們要考慮全面．