Question

8．氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)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(huì)輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連．滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動(dòng)，遮光條經(jīng)過(guò)光電傳感器A、B時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象．

（1）實(shí)驗(yàn)前，按通氣源，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(shí)，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．用螺旋測(cè)微器測(cè)遮光條寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖丙所示，則d=8.474mm．
（2）將滑塊P用細(xì)線跨過(guò)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(guò)計(jì)算機(jī)得到的圖象如圖乙所示，若△t₁、△t₂、m和d已知，要驗(yàn)證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測(cè)出滑塊質(zhì)量M和兩光電門間的距離L（寫(xiě)出物理量的名稱及符號(hào)）．
（3）若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fractnkpuf1{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracstd1mbf{{△t}_{1}}$）²，則表明在上述過(guò)程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．（重力加速度為g）
（4）在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)關(guān)系式兩邊結(jié)果并不嚴(yán)格相等，其原因可能是受到了阻力的作用．（寫(xiě)出一種即可）

Answer 1

分析 （1）如果遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間相等，說(shuō)明遮光條做勻速運(yùn)動(dòng)，即說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法是固定刻度讀數(shù)加上可動(dòng)刻度讀數(shù)，在讀可動(dòng)刻度讀數(shù)時(shí)需估讀．
（2）要驗(yàn)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(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量，根據(jù)這兩個(gè)量求解．
（3）滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒列出關(guān)系式．
（4）分析下落過(guò)程中的受力情況，則可得出誤差的形成原因．

解答 解：（1）如果遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間相等，說(shuō)明遮光條做勻速運(yùn)動(dòng)，即說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為8mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×47.4mm=0.474mm，所以最終讀數(shù)為：8mm+0.474mm=8.474mm．
（2）要驗(yàn)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(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的減小量，
光電門測(cè)量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法．由于光電門的寬度很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
v_B=$\fracwk3jkf5{{△t}_{2}}$，v_A=$\fracbw0t5gr{{△t}_{1}}$
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac5mbg52f{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac5es0gql{{△t}_{1}}$）²．
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動(dòng)能的重力勢(shì)能的減小量為：△E_p=mgL
所以還應(yīng)測(cè)出滑塊質(zhì)量M，兩光電門間距離L．
（3）如果系統(tǒng)動(dòng)能的增加量等于系統(tǒng)重力勢(shì)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）（$\fraclyiiwi8{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracqm4k6p5{{△t}_{1}}$）²
（4）由于重物在下落過(guò)程中受到了空氣阻力及紙帶與傳送帶之間的摩擦力等阻力作用，使重力勢(shì)能的減小量大于動(dòng)能的增加量；
故答案為：（1）=，8.476（在8.475-8.477之間均算對(duì)）
（2）滑塊質(zhì)量M，兩光電門間的距離L
（3）mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracqqhytys{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac2x9zmxs{{△t}_{1}}$）²
（4）受到了阻力作用．

點(diǎn)評(píng) 掌握螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法．了解光電門測(cè)量瞬時(shí)速度的原理．實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過(guò)程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面．