Question

2．利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．
（1 ）在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M（用文字说明并用相应的字母表示）．
（2）设遮光条的宽度为d，通过光电门时的档光时间为△t，则本实验通过比较系统减少的重力势能为mgs和系统增加的动能为$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²，在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒；
（3 ）本实验的误差主要来源于空气阻力．

Answer 1

分析 （1）本实验中由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小，因此需要测量滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，计算动能需要知道滑块的质量M；
（2）比较重力势能的减小量和动能的增加量是否相等即可判断机械能是否守恒；
（3）本实验中误差来源有重物下落过程中会受到空气阻力、纸带和限位孔之间存在阻力、刻度尺测量长度时产生误差等．

解答 解：（1）由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此需要知道滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，计算动能需要知道滑块的质量M，故还需要测量M．
（2）钩码和滑块所组成的系统为研究对象，其重力势能的减小量为mgs，
系统动能的增量为：$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²．
因此只要比较二者是否相等，即可验证系统机械能是否守恒．
（3）本实验误差的主要来源是重物下落过程中受到空气阻力，长度测量产生误差；
故答案为：（1）滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M；
（2）mgs，$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²；
（3）空气阻力．

点评 物理实验如何变化，正确理解实验原理都是解答实验的关键，同时加强物理基本规律在实验中的应用，注意本实验关键是减小阻力做功．