Question

9．某同学利用气垫导轨来验证机械能守恒定律，实验装置如图所示．
（1）他先用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图所示，游标卡尺的读数为10.60mm．
（2）如果遮光条的宽度用d表示，遮光条通过光电门的时间为△t，则滑块经过光电门时的瞬时速度为$\frac{d}{△t}$．
（3）在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块的质量M和滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s．本实验通过比较$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²和mgs（用测量的物理量符号表示）在实验误差允许的范围内是否相等，从而验证机械能守恒定律．

Answer 1

分析 （1）游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．不同的尺有不同的精确度，注意单位问题．
（2）由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
（3）根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量，根据起末点的速度可以求出动能的增加量，比较动能变化量和重力势能变化量关系即可．

解答 解：（1）游标卡尺的读数为：10mm+12×0.05mm=10.60mm；
（2）由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门速度为：v=$\frac{d}{△t}$；
（3）滑块从初始位置到光电门时m和M组成的系统动能增加量为：△E_K=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²，
系统的重力势能减少量可表示为：△E_p=mgs，
比较$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²和mgs，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的．
故答案为：（1）10.60；（2）$\frac{d}{△t}$；（3）$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²；mgs

点评 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；此题为一验证性实验题．要求根据物理规律选择需要测定的物理量，运用实验方法判断系统重力势能的变化量是否与动能的变化量相同是解题的关键．