Question

15．如圖1所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝光電門(mén)1和光電門(mén)2，滑塊上固定一遮光條，與兩光電門(mén)相連的數(shù)字計(jì)時(shí)器可以測(cè)量 遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2的時(shí)間，分別記為△t₁和△t₂．

（1）接通電源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導(dǎo)軌上，向右輕推滑塊，若測(cè)得△t_l＞△t₂，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌左端偏高．（填“左”或“右”）
（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d，測(cè)量結(jié)果如圖2所示，則d=2.45mm．
（3）氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)好后，將滑塊用細(xì)線跨過(guò)氣墊導(dǎo)軌右端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼相連，將滑塊由圖中所示位置釋放，設(shè)鉤碼與地面足夠遠(yuǎn)，分別測(cè)得△t'_l、△t'₂，若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，兩光電門(mén)間距離L．（寫(xiě)出物理量的名稱及符號(hào)）
（4）若上述物理量間滿足關(guān)系式mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracc2kkhqc{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracexio8ij{△{t}_{1}}$）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．

Answer 1

分析 （1）如果遮光條通過(guò)光電門(mén)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，若不相等，即可判定高低．
（2）掌握游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法，主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀．
（3）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．
（4）滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒列出關(guān)系式．

解答 解：（1）如果遮光條通過(guò)光電門(mén)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．
若測(cè)得△t_l＞△t₂，說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌左端偏高．
（2）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：0.2cm=2mm，游標(biāo)尺上第11個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊，
所以游標(biāo)讀數(shù)為9×0.05mm=0.45mm，所以最終讀數(shù)為：2mm+0.45mm=2.45mm．
（3）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(mén)測(cè)量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法．由于光電門(mén)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．
v₂=$\fractqsxzhs{△{t}_{2}}$，v₁=$\fracwp36fbd{△{t}_{1}}$
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動(dòng)能的增加量△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracfwaki9y{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracwv1mltt{△{t}_{1}}$）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△E_p=mgL
所以還應(yīng)測(cè)出滑塊質(zhì)量M，兩光電門(mén)間距離L．
（4）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）（$\fracohczzay{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracqoupl1f{△{t}_{1}}$）²；
故答案為：（1）左；（2）2.45；（3）滑塊質(zhì)量M，兩光電門(mén)間距離L；（4）mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fractn1m7lj{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracuszc5fo{△{t}_{1}}$）²．

點(diǎn)評(píng) 掌握游標(biāo)卡尺的工作原理，及讀數(shù)方法．
了解光電門(mén)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．