Question

10．圖甲是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的裝置，氣墊導(dǎo)軌上安裝了1、2兩個(gè)光電門，滑塊上固定一豎直遮光條，滑塊用細(xì)線繞過(guò)定滑輪與鉤碼相連，細(xì)線與導(dǎo)軌平行．
（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度如圖乙所示，則遮光條的寬度為13.40mm．
（2）在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源后，給滑塊一個(gè)初速度，使它從軌道右端向左運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)滑塊通過(guò)光電門1的時(shí)間大于通過(guò)光電門2的時(shí)間．為使氣墊導(dǎo)軌水平，可采取的措施是B．
A．調(diào)節(jié)P使軌道左端升高一些                        B．調(diào)節(jié)P使軌道左端降低一些
C．遮光條的寬度應(yīng)適當(dāng)大一些                       D．滑塊的質(zhì)量增大一些
（3）正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，測(cè)出滑塊和遮光條的總質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，遮光條的寬度用d表示，已知重力加速度為g．現(xiàn)將滑塊從圖示位置由靜止釋放．
①若滑塊經(jīng)過(guò)光電門2時(shí)鉤碼未著地，測(cè)得兩光電門中心間距L，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門1、2的時(shí)間分別為t₁、t₂，則驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式是mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{kgra6ff^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{ulujxyq^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）．
②若滑塊經(jīng)過(guò)光電門2時(shí)鉤碼已著地，為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，已測(cè)得鉤碼初始位置離地的高度h，還需測(cè)量的一個(gè)物理量是遮光條通過(guò)光電門2的時(shí)間．

Answer 1

分析 （1）掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，即主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀；
（2）明確實(shí)驗(yàn)原理以及氣墊導(dǎo)軌裝置的特點(diǎn)可正確解答；
（3）本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度大小；比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為1.3cm=13mm，游標(biāo)尺上第8個(gè)刻度與主尺上某一刻度對(duì)齊，
則游標(biāo)讀數(shù)為8×0.05=0.40mm，
所以最終讀數(shù)為：13mm+0.40m=13.40mm；
（2）不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源，滑塊從軌道右端向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)滑塊通過(guò)光電門1的時(shí)間大于通過(guò)光電門2的時(shí)間．說(shuō)明滑塊做減速運(yùn)動(dòng)，也就是左端高，右端低．所以實(shí)施下列措施能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)調(diào)整目標(biāo)的是調(diào)節(jié)P使軌道左端降低一些，或調(diào)節(jié)Q使軌道右端升高一些，故B正確，ACD錯(cuò)誤．
故選：B．
（3）由于遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度，因此滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為，那么滑塊經(jīng)過(guò)光電門1的瞬時(shí)速度為：v₁=$\fraccwvfaqp{{t}_{1}}$；
滑塊經(jīng)過(guò)光電門2的瞬時(shí)速度為：v₂=$\fraclcdslzt{{t}_{2}}$；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，該實(shí)驗(yàn)中需要比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒，故需要測(cè)量的物理量為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離L，滑塊的質(zhì)量M．
鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢(shì)能的減小量為：△E_p=mgL，
系統(tǒng)動(dòng)能的增量為：△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{f9supjs^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{9ahbvon^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）；
因此只要比較二者是否相等，即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒．
則為：mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{v7t9rpj^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{scav4vp^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）；
②若滑塊經(jīng)過(guò)光電門2時(shí)鉤碼已著地，為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，已測(cè)得鉤碼初始位置離地的高度h，
結(jié)合以上的實(shí)驗(yàn)原理，還需測(cè)量的一個(gè)物理量是遮光條通過(guò)光電門2的時(shí)間．
故答案為：（1）13.40；（2）B；（3）①mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{lqzirwu^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{pupy4bk^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）；②遮光條通過(guò)光電門2的時(shí)間．

點(diǎn)評(píng) 物理實(shí)驗(yàn)如何變化，正確理解實(shí)驗(yàn)原理都是解答實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，同時(shí)加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．