Question

20．用如图所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物体A、B，物体B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物体B的正下方．系统静止时，金属片C与圆环间的高度为h，由此释放，系统开始运动．当物体B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门固定在铁架台P₁、P₂处，通过电子计时器可测出物体B通过P₁、P₂这段距离的时间．
（1）若测得P₁、P₂之间的距离为d，物体B通过这段距离的时间为t，则物体B刚穿过圆环后的速度v=$\frac{d}{t}$．
（2）若物体A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，重力加速度为g，该实验中验证了等式mgh=$\frac{1}{2}$（2M+m）v²成立，即可验证机械能守恒定律．
（3）本实验中的测量仪器除刻度尺、光电门、电子计时器外，还需要天平．

Answer 1

分析 （1）根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出物体B刚穿过圆环后的速度．
（2、3）根据系统重力势能的减小量等于系统动能的增加量得出验证的表达式，从而确定还需要的实验器材．

解答 解：（1）根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，物体B刚穿过圆环后的速度v=$\frac{d}{t}$．
（2）系统重力势能的减小量为mgh，系统动能的增加量为$\frac{1}{2}$（2M+m）v²，实验中验证了等式mgh=$\frac{1}{2}$（2M+m）v²，即可验证机械能守恒定律．
（3）实验中运用刻度尺测量下降的高度，通过光电门测量瞬时速度，还需要通过天平质量A、B、C的质量，故还需要天平．
故答案为：（1）$\frac{d}{t}$，（2）mgh=$\frac{1}{2}$（2M+m）v²，（3）天平．

点评 解决本题的关键知道实验的原理，注意本实验研究的对象是系统，知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度，基础题．