Question

（2012?南京二模）如圖（a）為利用氣墊導(dǎo)軌（滑塊在該導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力可忽略）“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)結(jié)合以下實(shí)驗(yàn)步驟完成填空．

（1）將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，并調(diào)節(jié)至水平．
（2）用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出鉤碼的總質(zhì)量m．用刻度尺測出兩光電門中心之間的距離s，用游標(biāo)卡尺測出擋光條的寬度l，見圖（b），l的讀數(shù)為

1.550

cm．
（3）將滑塊移至光電門A左側(cè)某處，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門B．讀出滑塊分別通過光電門A和光電門B時(shí)的擋光時(shí)間△t₁和△t₂．
（4）滑塊通過光電門A和光電門B時(shí)，可以確定系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動(dòng)能分別為E_k1=

1

2

（M+m）(

l

△t1

)2

和E_k2=

1

2

（M+m）(

l

△t2

)2

．在滑塊從光電門A運(yùn)動(dòng)到光電門B的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量△E_p=

mgs

．（已知重力加速度為g）
比較

△E_p

和

E_k2-E_k1

，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可認(rèn)為機(jī)械能是守恒的．（所有物理量均用字母表示）

Answer 1

分析：光電門測量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法．
由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
根據(jù)功能關(guān)系得重力做功的數(shù)值等于重力勢(shì)能減小量．
要注意本題的研究對(duì)象是系統(tǒng)．

解答：解：（1）l的讀數(shù)為15mm+10×0.05mm=15.50mm=1.550cm
（2）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
滑塊通過光電門1速度v₁=

l

△t1

滑塊通過光電門2速度v₂=

l

△t2

系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為E_k1=

1

2

（M+m）(

l

△t1

)2和E_k2=

1

2

（M+m）(

l

△t2

)2
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△E_p=mgs
比較△E_p和E_k2-E_k1，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可認(rèn)為機(jī)械能是守恒的．
故答案為：1.550；

1

2

（M+m）(

l

△t1

)2；

1

2

（M+m）(

l

△t2

)2；mgs；△E_p；E_k2-E_k1．

點(diǎn)評(píng)：了解光電門測量瞬時(shí)速度的原理．
實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面．