Question

【題目】光電門是一種較為精確的測時裝置，某同學使用光電門和其他儀器設計了如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律。A為裝有擋光片的鉤碼，總質量用m表示，已知擋光片的擋光寬度為b，輕繩一端與A相連，另一端跨過光滑輕質定滑輪與的重物B相連，B的質量用M表示（并保證：M<m），他的做法是：先用力拉住B，保持A、B靜止，用h表示A的擋光片上端到光電門的距離；然后由靜止釋放B，A下落過程中經過光電門，光電門可測出擋光片的擋光時間t，算出擋光片經過光電門的平均速度，將其視為A下落h（hb）時的速度，重力加速度為g。

(1)為了完成上述實驗，除了圖示給出的實驗器材以外，還需要的實驗器材有：________；

(2)在A從靜止開始下落h的過程中，驗證以A、B、地球所組成的系統(tǒng)機械能守恒的表達式為_______（用題目所給物理量的符號表示）；

(3)由于光電門所測的平均速度與物體A下落h時的瞬時速度間存在一個差值△v，因而系統(tǒng)減少的重力勢能________系統(tǒng)增加的動能（選填“大于”或“小于”）；

(4)為減小上述△v對結果的影響，該同學想到了以下一些做法，其中可行的是_______。

A.適當減小擋光片的擋光寬度b

B.增大擋光片的擋光寬度b

C.減小擋光片上端到光電門的距離h

D.保持A下落的初始位置不變，測出多組t，算出多個平均速度然后取平均值

Answer 1

【答案】天平（包括砝碼）、刻度尺 （m－M）gh＝（M＋m）（）2 大于 A

【解析】

（1）[1] 動能和重力勢能之和為機械能，計算時需要知道物體質量和下降的距離，結合如圖實驗裝置可知，需要的實驗器材：需要天平用來測量A、B的質量，用刻度尺測量A的下落高度，所以還需要的器材天平（包括砝碼）、刻度尺。

（1）[2] 系統(tǒng)重力勢能的減小量為

物塊經過光電門的瞬時速度為

則系統(tǒng)動能的增加量為

則機械能守恒的表達式為

。

（3）[3] 光電門測出的平均速度是擋光片通過光電門過程中中間時刻的瞬時速度，此時下降的高度小于h，則系統(tǒng)減少的重力勢能大于系統(tǒng)增加的動能。

（4）[4] ABCD．減小上述對結果的影響，可以減小擋光片的寬度，使得平均速度更接近瞬時速度，BCD錯誤A正確。

故選A 。