Question

5．某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示．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)后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機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，接通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當圖乙中的△t₁=（填“＞”“=”或“＜”）△t₂時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）用游標卡尺測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d=5.0mm．
（3）滑塊P用細線跨過氣墊導(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，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若△t₁、△t₂和d已知，要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，還應(yīng)測出滑塊質(zhì)量M和兩光電門間距為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=$\frac{1}{2}（M+m）（\fracaibv4l7{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（M+m）（\fracyv2kkaj{△{t}_{1}}）^{2}$，則表明在上述過程中，滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒．

Answer 1

分析 （1）當滑塊做勻速直線運動時，氣墊導(dǎo)軌水平．
（2）游標卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀．
（3、4）根據(jù)系統(tǒng)重力勢能的減小量等于動能的增加量，得出表達式，確定所需測量的物理量．

解答 解：（1）當滑塊做勻速直線運動，即滑塊通過光電門的時間相等，△t₁=△t₂時，氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）游標卡尺的主尺讀數(shù)為5mm，游標讀數(shù)為0.1×0=0.0mm，則最終讀數(shù)為5.0mm．
（3、4）系統(tǒng)重力勢能的減小量為mgL，系統(tǒng)動能的增加量為：
$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（M+m）{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}（M+m）{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}（M+m）（\fracajiu6cc{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（M+m）（\fracjs7yyo2{△{t}_{1}}）^{2}$．
只要mgL=$\frac{1}{2}（M+m）（\frac62grp7w{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（M+m）（\fracra28xxg{△{t}_{1}}）^{2}$．滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒．可知還需測量的物理量為滑塊質(zhì)量M、兩光電門間距L．
故答案為：（1）=，（2）5.0，（3）滑塊質(zhì)量M，兩光電門間距為L，（4）mgL=$\frac{1}{2}（M+m）（\frac0ub3lcv{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（M+m）（\fracewceb0r{△{t}_{1}}）^{2}$．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道光電門測瞬時速度的原理，掌握游標卡尺的讀數(shù)方法，以及掌握實驗的原理，通過原理確定測量的物理量．