题目内容
3．
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，按通气源，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．用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=8.474 mm．
（2）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若△t1、△t2和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出滑块质量M和两光电门间距离L（写出物理量的名称及符号）．
（3）若上述物理量间满足关系式mgL=$\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{1}}）^{2}$，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒．
分析 （1）如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
（2）螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读．
（3）要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，根据这两个量求解．
（4）滑块和砝码组成的系统机械能守恒列出关系式．
解答 解：（1）如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
（2）螺旋测微器的固定刻度读数为8mm，可动刻度读数为0.01×47.4mm=0.474mm，所以最终读数为：8mm+0.474mm=8.474mm．
（3）要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，
光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
${v}_{B}=\frac{d}{△{t}_{2}}$，${v}_{A}=\frac{d}{△{t}_{1}}$，
滑块和砝码组成的系统动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{1}}）^{2}$
滑块和砝码组成的系统动能的重力势能的减小量△Ep=mgL
所以还应测出滑块质量M，两光电门间距离L．
（4）如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量，那么滑块和砝码组成的系统机械能守恒．
即：mgL=$\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{1}}）^{2}$
故答案为：（1）=
（2）8.474mm．
（3）滑块质量M，两光电门间距离L．
（4）mgL=$\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}（m+M）（\frac{d}{△{t}_{1}}）^{2}$
点评 解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法．了解光电门测量瞬时速度的原理．实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面．
阅读快车系列答案
如图甲所示，在风洞实验室里，一根足够长且固定在竖直平面的均匀细直杆与水平方向成37°角，质量m=2kg的小球穿在细杆上且静止于距细杆底端O较远的某处．开启送风装置，有水平向左的恒定风力F作用于小球上，在t1=2.5s时刻送风停止．小球沿细杆运动的部分v-t同学如图乙所示，已知送风时，小球第直杆仍然有垂直于直杆向下的压力作用，g取10m/s2，sin37°=0.8．求：
如图所示，两个同心放置的共面单匝金属环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直放置．设穿过圆环a的磁通量为Φa，穿过圆环b的磁通量为Φb，已知两圆环的横截面积分别为Sa和Sb，且Sa＜Sb，则穿过两圆环的磁通量大小关系为（ ）| A． | Φa=Φb | B． | Φa＞Φb | C． | Φa＜Φb | D． | 无法确定 |
| A． | 英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象 | |
| B． | 奥斯物在实验中观测到电流的磁效应，该效应揭示了电与磁之间存在联系 | |
| C． | 开普勒用了长达20年时间研究了第谷的行星观察记录，发现了万有引力定律 | |
| D． | 牛顿通过对自由落体的研究把实验和逻辑推理结合起来，推翻了亚里斯多德“物体下落快慢是由它们重量决定”的结论 |
如图，坐标系中阴影部分ABC为一透明材料做成的光学元件横截面，该种材料折射率n=2，AC为一半径为R的$\frac{1}{4}$圆弧，圆心在坐标原点O上，ABCO构成正方形，在O处有一点光源．| A． | 大于60km/h | B． | 小于60km/h | C． | 刚好是60km/h | D． | 无法判断 |
| A． | 小鸟的飞行时间由小鸟与地面间的竖直距离决定，大小不唯一 | |
| B． | 小鸟的飞行时间由小鸟飞行的水平距离决定，大小不唯一 | |
| C． | 小鸟的飞行时间由小鸟与地面间的竖直距离决定，大小是唯一的 | |
| D． | 小鸟的飞行时间由小鸟飞行的水平距离决定，大小是唯一的 |
如图甲所示，a、b两条直导线垂直于纸面水平放置，且通有的电流大小相等，方向如图所示，图乙中c、d是两个电荷量相等的正点电荷，O1和O2分别为两直导线和两点电荷连线的中点，在O1和O2正上方均有一电子，以较小的速度v竖直向下射出，不计电子重力．则电子（ ）| A． | 在甲图中将做匀加速直线运动 | |
| B． | 在乙图中将做往复运动 | |
| C． | 在乙图中向O1点运动时，加速度一定减小 | |
| D． | 在乙图中到达O2点时动能最小，电势能最大 |
