Question

【題目】氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵將壓縮空氣通過(guò)導(dǎo)軌的眾多小孔高速噴出，在導(dǎo)軌與滑塊之間形成薄薄一層氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上．由于氣墊的摩擦力極小，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可很好地近似為沒(méi)有摩擦的運(yùn)動(dòng)．我們可以用固定在氣墊導(dǎo)軌上的光電門(mén)A、B和光電計(jì)時(shí)裝置，以及帶有I形擋光條的滑塊C、D來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．已知I形擋光條的持續(xù)擋光寬度為L，實(shí)驗(yàn)裝置如題圖所示，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

a．調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌底座螺母，觀察導(dǎo)軌上的氣泡儀，使導(dǎo)軌成水平狀態(tài)；

b．在滑塊C、D間放入一個(gè)輕質(zhì)彈簧，用一條橡皮筋捆綁箍住三者成一水平整體，靜置于導(dǎo)軌中部；

c．將光電門(mén)盡量靠近滑塊C、D兩端；

d．燒斷捆綁的橡皮筋，使滑塊C、D在彈簧作用下分離，分別通過(guò)光電門(mén)A、B；

e．由光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊C第一次通過(guò)光電門(mén)A時(shí)I形擋光條持續(xù)擋光的時(shí)間tC，以及滑塊D第一次通過(guò)光電門(mén)B時(shí)I形擋光條持續(xù)擋光的時(shí)間tD．

①實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是 _________________________________；

②根據(jù)上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及已知量，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是___________________________；

上式中算得的C、D兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的主要原因是 ___________；

③利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)_____________(填寫(xiě)“能”或“否”)測(cè)出被壓縮彈簧的彈性勢(shì)能的大小？如能，請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算表達(dá)式：_______________________________________。若不能說(shuō)明理由

Answer 1

【答案】滑塊C、D的質(zhì)量、 滑塊與氣墊導(dǎo)軌間仍存在摩擦，氣墊導(dǎo)軌未完全水平 能

【解析】

要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律需要知道物體的質(zhì)量和速度，而速度可以用位移與時(shí)間的比值代替，故要測(cè)質(zhì)量；滑塊與導(dǎo)軌間仍存在摩擦，導(dǎo)軌未完全水平，都會(huì)產(chǎn)生誤差，根據(jù)能量守恒，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為兩滑塊勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能；

①要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律需要知道物體的質(zhì)量和速度，而速度可以用位移與時(shí)間的比值代替，故要測(cè)質(zhì)量，即滑塊C、D的質(zhì)量mC、mD；
②設(shè)遮光條的寬度為d，則，
則驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為：
即：；
滑塊與導(dǎo)軌之間仍存在摩擦，或?qū)к壩赐耆�水平，或測(cè)量mC、mD及tA、tB時(shí)帶來(lái)的誤差從而導(dǎo)致C、D兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等；
③燒斷捆綁的橡皮筋后只有彈簧彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，所以能測(cè)出被壓縮彈簧的彈性勢(shì)能的大小，彈簧的彈性勢(shì)能等于兩滑塊離開(kāi)彈簧的動(dòng)能，即：。