Question

气垫导轨是一种常用的实验仪器，它是利用气泵将压缩空气通过导轨的众多小孔高速喷出，在导轨与滑块之间形成薄薄一层气垫，使滑块悬浮在导轨上．由于气垫的摩擦力极小，滑块在导轨上的运动可很好地近似为没有摩擦的运动．我们可以用固定在气垫导轨上的光电门A、B和光电计时装置，以及带有I形挡光条的滑块C、D来测出被压缩弹簧的弹性势能的大小．已知I形挡光条的持续挡光宽度为L，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：
a．调节气垫导轨底座螺母，观察导轨上的气泡仪，使导轨成水平状态；
b．在滑块C、D间放入一个轻质弹簧，用一条橡皮筋捆绑箍住三者成一水平整体，静置于导轨中部；
c．将光电门尽量靠近滑块C、D两端；
d．烧断捆绑的橡皮筋，使滑块C、D在弹簧作用下分离，分别通过光电门A、B；
e．由光电计时器记录滑块C第一次通过光电门A时I形挡光条持续挡光的时间t_C，以及滑块D第一次通过光电门B时I形挡光条持续挡光的时间t_D．
（1）实验中还应测量的物理量是______；
（2）利用上述实验数据写出计算被压缩弹簧的弹性势能E_p的表达式______．

Answer 1

（1）滑块C、D来测出被压缩弹簧的弹性势能的大小，所以要用天平分别测出滑块C、D的质量m_C、m_D；
（2）根据能量守恒，弹簧的弹性势能转化为两滑块匀速运动时的动能
即E_p=

1

2

m_CV_C²+

1

2

m_Dv_D²，
再由v=

x

t

得：vC=

L

tA

；vD=

L

tB

所以弹性势能为
Ep=

1

2

mC(

L

tA

)2+

1

2

mD(

L

tB

)2
故答案为：滑块C、D的质量m_C、m_D；Ep=

1

2

mC(

L

tA

)2+

1

2

mD(

L

tB

)2