Question

1．某实验小组利用如图1所示气垫导轨装置“验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒”

（1）如图2所示，使用游标卡尺测量遮光条宽度，读数为6.20mm．
（2）实验前需要调节气垫导轨水平，操作过程是：
①卸掉（选填“挂上”、“卸掉”）钩码，接通（选填“接通”、“关闭”）气源．
②调节导轨底座旋钮，使得滑块能在导轨上静止，或滑块运动时通过两光电门遮光条遮光时间△t₁=△t₂（选填“＞”、“=”或“＜”）
（3）已知钩码质量m，滑块质量M，遮光条宽度d，数字计时器1和2读数为△t₁、△t₂，两光电门之间的距离为L，若在实验误差允许范围内满足等量关系mgl=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²，则系统机械能守恒．
（4）关于上述实验，下列说法正确的是CD
A．两光电门之间的距离要小一些
B．钩码的质量应远小于滑块的质量
C．滑轮应选用轻质的
D．该装置也可用于研究匀变速运动．

Answer 1

分析 （1）考查游标卡尺的读数：先读主尺（只读整数），再加上游标尺（格数乘以分度分之一，格数找对齐的一个不估读），
（2）依据实验原理，在不挂钩码，及接通电源，使其不受阻力，也没有拉力，在任意相等时间内，位移相等，即可判定运动性质；
（3）设遮光条前进了l，钩码的重力势能减少了：mgl，系统动能增加了：$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²，所以我们可以通过比较两者的大小来验证机械能守恒定律；
（4）根据实验的要求，光电门距离要大，滑轮质量要小，且不需要满足钩码的质量应远小于滑块的质量，从而即可求解．

解答 解：（1）主尺：6mm，游标尺：对齐的是4，所以读数为：4×0.05=0.20mm，故遮光条宽度d=6.20mm，
（2）实验前需要调节气垫导轨水平，操作过程是：
①卸掉钩码，从而没有拉力作为动力，且 接通气源，使其不受到导轨的阻力．
②调节导轨底座旋钮，使得滑块能在导轨上静止，或滑块运动时通过两光电门遮光条遮光时间△t₁=△t₂，即可判定滑块能否匀速直线运动．
（3）设遮光条前进了l，钩码的重力势能减少了：mgl，系统动能增加了：$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²，
若在实验误差允许范围内满足mgl=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²等量关系，则系统机械能守恒．
（4）A．两光电门之间的距离要大一些，才能减小实验带来的误差，故A错误；
B．不需要满足钩码的质量应远小于滑块的质量，选取整体作为研究对象的，故B错误；
C．滑轮应选用轻质的，因为在转动过程中，滑轮会产生动能，故C正确；
D．该装置可以测量出某位置的瞬时速度，运用运动学公式，也可用于研究匀变速运动，故D正确；
故答案为：（1）6.20；（2）卸掉，接通，=；（3）mgl=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）²；（4）CD．

点评 常用仪器的读数要掌握，这是物理实验的基础．处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项．
同时掌握游标卡尺与螺旋测微器的区别，及注意实验中选取滑块，还是整体作为研究对象是解题的关键．