Question

12．某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機(jī)械能守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，當(dāng)氣墊導(dǎo)軌左側(cè)工作時導(dǎo)軌兩側(cè)噴出的氣體使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上方，滑塊運動時與導(dǎo)軌間的阻力可忽略不計．在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離L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變化的圖線．

（1）當(dāng)采用圖甲的實驗裝置進(jìn)行實驗時，下列說法中正確的是C
A．滑塊P機(jī)械能守恒
B．鉤碼Q機(jī)械能守恒
C．在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，滑塊P和鉤碼Q組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒
D．以上三種說法都正確
（2）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，當(dāng)圖乙中的△t₁=△t₂（選填“＞”“=”或“＜”）時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（3）滑塊P用跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪的細(xì)線與質(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、遮光條寬度d、AB間距為L、滑塊質(zhì)量M、鉤碼質(zhì)量m已知，若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fraclfkrhx3{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracdia3jta{△{t}_{1}}$）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）選滑塊P和鉤碼Q組成的系統(tǒng)，只有重力做功，從而判定機(jī)械能能否守恒；
（2）遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時間相同，說明滑塊勻速運動，氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平；
（3）鉤碼重力勢能的減小等于滑塊和鉤碼動能的增加，列出表達(dá)式，從而即可求解．

解答 解：（1）當(dāng)采用圖甲的實驗裝置進(jìn)行實驗時，滑塊P和鉤碼Q組成的系統(tǒng)，忽略阻力的影響，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒，故C正確，ABD錯誤；
（2）輕推滑塊，放手使其自由滑動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時間相同，說明滑塊勻速運動，氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．即△t₁、△t₂間滿足△t₁=△t₂關(guān)系，則說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（3）設(shè)滑塊質(zhì)量為M，兩光電門AB間距為L，依據(jù)給定的連接方式可知，比較鉤碼重力勢能的減小與滑塊和鉤碼動能的增加之間的關(guān)系，即：mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracz74joay{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracvtnsiqv{△{t}_{1}}$）²，
則表明在滑塊和砝碼的運動過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．
故答案為：（1）C；（2）=；（3）mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracssxchmp{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracyywqrho{△{t}_{1}}$）²．

點評 正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實驗器材、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果，要學(xué)會透過問題看本質(zhì)．