Question

【題目】利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．

(1)實(shí)驗(yàn)步驟：

①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平．

②用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度l＝9.30 mm.

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x＝________cm.

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門2.

⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2.

⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量m0，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.

(2)用表示直接測(cè)量量的字母寫出下列所求物理量的表達(dá)式：

①滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1＝________和v2＝________．

②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1＝________和Ek2＝________．

③在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)．

(3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．

Answer 1

【答案】60.00(59.96～60.04) mgx Ek2－Ek1

【解析】

(1)③[1]．由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離

x＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.

(2)①[2][3]．由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過(guò)光電門時(shí)的平均速度看做瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出，因此，滑塊通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度為，則通過(guò)光電門1時(shí)瞬時(shí)速度為，通過(guò)光電門2時(shí)瞬時(shí)速度為.

②[4][5]．由于質(zhì)量事先已用天平測(cè)出，由公式Ek＝mv2，可得滑塊通過(guò)光電門1時(shí)系統(tǒng)動(dòng)能

Ek1＝ (m0＋m) ，

滑塊通過(guò)光電門2時(shí)系統(tǒng)動(dòng)能

Ek2＝ (m0＋m) .

末動(dòng)能減初動(dòng)能可得動(dòng)能的增加量．

③[6]．兩光電門中心之間的距離x為砝碼和托盤下落的高度，系統(tǒng)勢(shì)能的減小量ΔEp＝mgx

(3)[7]．最后對(duì)比Ek2－Ek1與ΔEp數(shù)值大小，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．