Question

5．第二組同學(xué)利用下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)從由靜止釋放到通過光電門這一過程機(jī)械能守恒．實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，氣軌已經(jīng)調(diào)成水平狀態(tài)．

（1）已知遮光條的寬度為d，實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間為t，則滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度為$\fracflfxfhr{t}$．
（2）在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊的質(zhì)量M和釋放時(shí)擋光片到光電門的距離L．
（3）本實(shí)驗(yàn)通過比較$\frac{1}{2}（M+m）\frac{xzxb9fp^{2}}{{t}^{2}}$和mgL （用測量的物理量符號表示）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，從而驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒．
（4）在本次實(shí)驗(yàn)中鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量．（填“需要”或者“不需要”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度求出滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度．
（2、3）根據(jù)系統(tǒng)重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，結(jié)合表達(dá)式確定還需要測量的物理量．
（4）本實(shí)驗(yàn)中不需要滿足鉤碼的重力等于繩子的拉力，則不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量．

解答 解：（1）根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度知，滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度v=$\frachfp1tdb{t}$；
（2、3）系統(tǒng)重力勢能的減小量為mgL，系統(tǒng)動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（M+m）{v}^{2}=\frac{1}{2}（M+m）\frac{pfttnbn^{2}}{{t}^{2}}$，通過比較）$\frac{1}{2}（M+m）\frac{nl97fv9^{2}}{{t}^{2}}$與mgL是否相等驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，可知還需要測量滑塊的質(zhì)量M、釋放時(shí)擋光片到光電門的距離L．
（4）本實(shí)驗(yàn)中不需要滿足鉤碼的重力等于繩子的拉力，則不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量．
故答案為：（1）$\frac3xjndv7{t}$ （2）滑塊的質(zhì)量M、釋放時(shí)擋光片到光電門的距離L； （3）$\frac{1}{2}（M+m）\frac{pxx77j9^{2}}{{t}^{2}}$，mgL，（4）不需要．

點(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，抓住重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等進(jìn)行驗(yàn)證，知道極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度，難度不大．