Question

某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)由靜止釋放后機械能守恒．實驗前已經調整氣墊導軌底座使之水平，且選定滑塊從靜止開始運動的過程進行測量．

（1）如圖所示，首先用游標卡尺測量遮光條的寬度（見下圖），其讀數(shù)為d=

 

cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間△t=1.2×10^-2s，則滑塊經過光電門時的瞬時速度為

 

m/s．

（2）已知當?shù)刂亓�加速度為g，鉤碼的質量m，滑塊的質量M，在本實驗中還需要直接測量的物理量有

 

（在橫線上填入選項前的編號）．
①光電門到左端定滑輪的距離x
②滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s
③氣墊導軌的總長l
（3）本實驗通過比較

 

和

1

2

(m+M)(

d

△t

)2是否相等（用上述已有的物理量符號寫出表達式，重力加速度為g），說明系統(tǒng)的機械能是否守恒．
（4）為提高實驗結果的準確程度，小組同學對此實驗提出以下建議，其中確實對提高準確程度有作用的是

 

（在橫線上填入選項前的編號）．
①繩的質量要輕
②在“輕質繩”的前提下，繩越長越好
③鉤碼的質量m越小越好
（5）你估計減少的重力勢能和增加的動能哪個可能偏��？

 

．
你認為造成這種偏差的原因可能是

 

．

Answer 1

分析：（1）掌握游標卡尺的讀數(shù)方法，即主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀；本實驗中由于遮光條通過光電門的時間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度大小；
（2）研究的是重力勢能的減小量是否等于動能增加量，要選對運動過程；
（3）比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機械能是否守恒；
（4）通過實驗原理進行分析即可；
（5）由于摩擦不可避免，故有小部分重力勢能轉化為內能．

解答：解：（1）游標卡尺的主尺讀數(shù)為7mm，游標讀數(shù)為0.05×14mm=0.70mm，所以最終讀數(shù)為：7mm+0.70mm=7.70mm=0.770cm；
數(shù)字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計算出物體通過光電門的平均速度，用該平均速度代替物體的瞬時速度，故在遮光條經過光電門時滑塊的瞬間速度為：
v=

d

t

=

0.770cm

0.012

=0.64  m/s
（2）根據(jù)實驗原理可知，該實驗中需要比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機械能是否守恒，故需要測量的物理量為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s；故選②；
（3）鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統(tǒng)動能的增量為：

1

2

(m+M)(

d

△t

)2，
因此只要比較二者是否相等，即可驗證系統(tǒng)機械能是否守恒．
（4）要減小誤差，繩子要輕，繩子與滑輪摩擦要��；軌道要水平，保證M重力勢能不變；故選①；
（5）增加的動能可能偏小，造成這種偏差的原因可能是摩擦、定滑輪轉動；
故答案為：
（1）0.770   0.64  
（2）②
（3）mgs    
（4）①
（5）增加的動能；摩擦、定滑輪轉動

點評：物理實驗如何變化，正確理解實驗原理都是解答實驗的關鍵，同時加強物理基本規(guī)律在實驗中的應用．