Question

【題目】利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖所示．

(1)實驗步驟：

①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調至水平．

②用游標卡尺測量擋光條的寬度l＝9.30 mm.

③由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離x＝________cm.

④將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.

⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2.

⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質量m0，再稱出托盤和砝碼的總質量m.

(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式：

①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________．

②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________．

③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)．

(3)如果ΔEp＝________，則可認為驗證了機械能守恒定律．

Answer 1

【答案】60.00(59.96～60.04) mgx Ek2－Ek1

【解析】

(1)③[1]．由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離

x＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.

(2)①[2][3]．由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過光電門時的平均速度看做瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器讀出，因此，滑塊通過光電門的瞬時速度為，則通過光電門1時瞬時速度為，通過光電門2時瞬時速度為.

②[4][5]．由于質量事先已用天平測出，由公式Ek＝mv2，可得滑塊通過光電門1時系統(tǒng)動能

Ek1＝ (m0＋m) ，

滑塊通過光電門2時系統(tǒng)動能

Ek2＝ (m0＋m) .

末動能減初動能可得動能的增加量．

③[6]．兩光電門中心之間的距離x為砝碼和托盤下落的高度，系統(tǒng)勢能的減小量ΔEp＝mgx

(3)[7]．最后對比Ek2－Ek1與ΔEp數(shù)值大小，若在誤差允許的范圍內相等，就驗證了機械能守恒定律．