Question

11．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．

（1）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d=3.25mm．
（2）實(shí)驗(yàn)前調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間△t，則滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度可表示為$\fractrxnf55{△t}$（各物理量均用字母表示）．
（3）用天平測出鉤碼的質(zhì)量m和滑塊的質(zhì)量M，已知重力加速度為g，本實(shí)驗(yàn)還需要測量的物理量是滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）．
（4）本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鉤碼和滑塊系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgs=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracnd1nj3b{△t}$）²．

Answer 1

分析 （1）掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，即主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀；
（2）本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時(shí)速度大��；
（3、4）比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為0.3cm=3mm，游標(biāo)尺上第5個(gè)刻度與主尺上某一刻度對(duì)齊，
則游標(biāo)讀數(shù)為5×0.05=0.25mm，
所以最終讀數(shù)為：3mm+0.25m=3.25mm；
（2）由于遮光條通過光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時(shí)速度，因此滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為：v=$\fracd3zxpt7{△t}$
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，該實(shí)驗(yàn)中需要比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒，故需要測量的物理量為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，滑塊的質(zhì)量M．
鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢(shì)能的減小量為mgs，
系統(tǒng)動(dòng)能的增量為：$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fraclthfllx{△t}$）²，
（4）因此只要比較二者是否相等，即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒．
則為mgs=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fractdbljtr{△t}$）²，
故答案為：（1）3.25mm；（2）$\fraczrlphjj{△t}$；（3）滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s；（4）mgs=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac9vfzxtr{△t}$）²．

點(diǎn)評(píng) 物理實(shí)驗(yàn)如何變化，正確理解實(shí)驗(yàn)原理都是解答實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，同時(shí)加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．