题目内容

4．利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”．把装有遮光条的滑块放在水平气垫导轨上的A处，光电门安装在B处，滑块用细绳通过定滑轮与钩码相连．将滑块从A位置释放后，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间为△t．测得滑块（含遮光条）质量为M、钩码总质量为m、遮光条宽度为d，当地的重力加速度为g．
（1）实验中还需要测量的物理量是 （说明其物理意义并用符号表示）AB间的距离L；
（2）本实验中验证机械能守恒的表达式为mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）2（用以上对应物理量的符号表示）；
（3）若实验数据表明系统动能增加量明显大于重力势能减少量，可能的原因是③．
①钩码总质量m远小于滑块质量M    ②钩码总质量m与滑块质量M相差不大
③气垫导轨没有调水平，且左高右低   ④气垫导轨没有调水平，且左低右高．

分析 实验原理是：求出通过光电门时的速度v，测出AB间的距离L，在这个过程中，减少的重力势能能：△Ep=mgL，增加的动能$\frac{1}{2}$mv2，比较减少的重力势能与增加的动能之间的关系，验证机械能是否守恒．

解答 解：（1）为了求出运动过程中钩码减小的重力势能，则需要测量AB间的距离L；
（2）我们验证的是：△Ep与△Ek的关系，即验证：△Ep=△Ek代入得：
mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）v2；
而v=$\frac{d}{△t}$
所以本实验中验证机械能守恒的表达式为mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）2
（3）如果实验结果系统动能增加量大于重力势能减少量，则可能是气垫导轨不水平造成的，气垫导轨倾斜后，由于滑块的重力势能的增加或减少没有记入，故增加的动能和减少的重力势能不相等，若左侧高，系统动能增加量大于重力势能减少量，若右侧高，系统动能增加量小于重力势能减少量，故③正确．
故选：③
故答案为：（1）AB间的距离L；
（2）mgL=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）2； 
（3）③

点评 正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、实验步骤、所测数据等，会起到事半功倍的效果．

练习册系列答案
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（2）实验现象记录在下表中，请完成表格
操作步骤指针是否偏转及偏转方向
开关闭合瞬间偏转向右
开关断开瞬间偏转向左
开关闭合时，滑动变阻器不动不偏转-----
开关闭合时迅速向右移动变阻器滑片偏转向右

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