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.

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