Question

【題目】某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其主要步驟如下：

（1）物塊P、Q用跨過光滑定滑輪的輕繩相連，P底端固定了一豎直寬度為d的輕質(zhì)遮光條。托住P，使系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)（如圖所示），用刻度尺測(cè)出遮光條所在位置A與固定在鐵架臺(tái)上的光電門B之間的高度h。

（2）現(xiàn)將物塊P從圖示位置由靜止釋放，記下遮光條通過光電門的時(shí)間為t，則遮光條通過光電門時(shí)的速度大小v=___________。

（3）己知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?/span>g，為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，還需測(cè)量的物理量是_________（用相應(yīng)的文字及字母表示）。

（4）利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式是_________。

（5）改變高度h，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，描繪出v2-h圖象，該圖象的斜率為k。在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若k= _________，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

Answer 1

【答案】 P的質(zhì)量M，Q的質(zhì)量m （M-m）gh=

【解析】

（1）[1]光電門的遮光條擋住光的時(shí)間極短，則平均速度可作為瞬時(shí)速度，有：

；

（2）[2]兩物塊和輕繩構(gòu)成的系統(tǒng)，只有重力做功，機(jī)械能守恒：

故要驗(yàn)證機(jī)械能守恒還需要測(cè)量P的質(zhì)量M、Q的質(zhì)量m；

（3）[3]將光電門所測(cè)速度帶入表達(dá)式：

則驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式為：

；

（4）[4]將驗(yàn)證表達(dá)式變形為：

若在誤差允許的范圍內(nèi)，系統(tǒng)滿足機(jī)械能守恒定律，圖像將是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，其斜率為：

。