Question

某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统由静止释放后机械能守恒．实验前已经调整气垫导轨底座使之水平，且选定滑块从静止开始运动的过程进行测量．

（1）如图所示，首先用游标卡尺测量遮光条的宽度（见下图），其读数为d=

 

cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t=1.2×10^-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为

 

m/s．

（2）已知当地重力加速度为g，钩码的质量m，滑块的质量M，在本实验中还需要直接测量的物理量有

 

（在横线上填入选项前的编号）．
①光电门到左端定滑轮的距离x
②滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s
③气垫导轨的总长l
（3）本实验通过比较

 

和

1

2

(m+M)(

d

△t

)2是否相等（用上述已有的物理量符号写出表达式，重力加速度为g），说明系统的机械能是否守恒．
（4）为提高实验结果的准确程度，小组同学对此实验提出以下建议，其中确实对提高准确程度有作用的是

 

（在横线上填入选项前的编号）．
①绳的质量要轻
②在“轻质绳”的前提下，绳越长越好
③钩码的质量m越小越好
（5）你估计减少的重力势能和增加的动能哪个可能偏小？

 

．
你认为造成这种偏差的原因可能是

 

．

Answer 1

分析：（1）掌握游标卡尺的读数方法，即主尺读数加上游标读数，不需估读；本实验中由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小；
（2）研究的是重力势能的减小量是否等于动能增加量，要选对运动过程；
（3）比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒；
（4）通过实验原理进行分析即可；
（5）由于摩擦不可避免，故有小部分重力势能转化为内能．

解答：解：（1）游标卡尺的主尺读数为7mm，游标读数为0.05×14mm=0.70mm，所以最终读数为：7mm+0.70mm=7.70mm=0.770cm；
数字计时器记录通过光电门的时间，由位移公式计算出物体通过光电门的平均速度，用该平均速度代替物体的瞬时速度，故在遮光条经过光电门时滑块的瞬间速度为：
v=

d

t

=

0.770cm

0.012

=0.64  m/s
（2）根据实验原理可知，该实验中需要比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒，故需要测量的物理量为：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s；故选②；
（3）钩码和滑块所组成的系统为研究对象，其重力势能的减小量为mgs，系统动能的增量为：

1

2

(m+M)(

d

△t

)2，
因此只要比较二者是否相等，即可验证系统机械能是否守恒．
（4）要减小误差，绳子要轻，绳子与滑轮摩擦要小；轨道要水平，保证M重力势能不变；故选①；
（5）增加的动能可能偏小，造成这种偏差的原因可能是摩擦、定滑轮转动；
故答案为：
（1）0.770   0.64  
（2）②
（3）mgs    
（4）①
（5）增加的动能；摩擦、定滑轮转动

点评：物理实验如何变化，正确理解实验原理都是解答实验的关键，同时加强物理基本规律在实验中的应用．