Question

【題目】氣墊導(dǎo)軌裝置是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要儀器，可以用來“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”、“ 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”、“ 探究動(dòng)能定理”等。

(1)某學(xué)習(xí)小組在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置來測(cè)小車的加速度，由導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測(cè)出兩個(gè)光電門之間的距離L，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個(gè)光電門的時(shí)間分別為t1、t2，則滑塊的加速度可以表示為a=___________________ （用題中所給物理量表示）。

(2)該學(xué)習(xí)小組在測(cè)出滑塊的加速度后，經(jīng)分析討論，由于滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣阻力很小，可忽略，所以可用上述實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律還需測(cè)量的物理量是________________和_______________ 。機(jī)械能守恒的表達(dá)式為______________________。 用題中所給物理量和測(cè)量的物理量表示）。

(3)該學(xué)習(xí)小組在控制沙桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量M的前提下，忽略滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力，探究動(dòng)能定理，若由導(dǎo)軌標(biāo)尺可以測(cè)出兩個(gè)光電門之間的距離s，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個(gè)光電門的時(shí)間分別為T1、T2，滑塊在通過兩個(gè)光電門過程中合外力做功為______________。滑塊動(dòng)能變化為___________________。

Answer 1

【答案】 滑塊的質(zhì)量M 沙桶的質(zhì)量m mgs

【解析】（1）由于遮光條通過光電門的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度．滑塊經(jīng)過光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1=，滑塊經(jīng)過光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2=．根據(jù)v22-v12=2aL得，

（2）系統(tǒng)的總動(dòng)能變化分別為： ；
在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少△Ep=mgL；如果滿足關(guān)系式△Ep=Ek2-Ek1，即系統(tǒng)重力勢(shì)能減小量等于動(dòng)能增加量，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．所以本實(shí)驗(yàn)還需要用儀器測(cè)量的物理量是滑塊和擋光條的總質(zhì)量M、沙桶的總質(zhì)量m，機(jī)械能守恒的表達(dá)式

（3）砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量M，忽略滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力，可以認(rèn)為滑塊所受合外力等于mg，則合外力做功為mgs；遮光板依次通過兩個(gè)光電門的速度分別為v1=和v2=，滑塊動(dòng)能變化為：△Ek=Mv22-Mvv12=