题目内容
9.某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示.在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一宽度为d的遮光条,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出高电压,两光电传感器采集数据后与计算机相连.滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象.(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的△t1=△t2(选填“>”、“=”或“<”)时,说明气垫导轨已经水平.
(2)滑块P用细线跨过定滑轮与质量为m的钩码Q相连,将滑块P由图甲所示位置释放,通过计算机得到电压图象如图乙所示,若△t1、△t2、d和m已知,要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,还应测出的物理量是滑块的质量M和两光电门间的距离L.
分析 (1)当滑块做匀速直线运动时,可知气垫导轨已经水平.
(2)根据系统重力势能的减小量等于系统动能的增加量列出表达式,从而确定还需测量的物理量.
解答 解:(1)轻推滑块,当图乙中的△t1=△t2时,滑块做匀速直线运动,说明气垫导轨已经水平.
(2)系统重力势能的减小量为:△Ep=mgL,系统动能的增加量为:△Ek=$\frac{1}{2}(M+m){{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}(M+m){{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}(M+m)(\frac{{d}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{d}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}})$,由机械能守恒有;mgL=$\frac{1}{2}(M+m)(\frac{{d}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{d}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}})$,
可知还需测出滑块的质量M,两光电门间的距离L.
故答案为:(1)=,(2)滑块质量M,两光电门间的距离L.
点评 解决本题的关键知道实验的原理,注意研究的对象是系统,知道极短时间内的平均速度等于瞬时速度,难度不大.
练习册系列答案
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