题目内容
5.利气垫导轨验证机械能守恒定律.实验装示意图如图1所示:(1)实验步骤:
①将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于1m,将导轨调至水平.
②用游标卡尺测量挡光条的宽度L,结果如图所示,由此读出L=10.90mm.
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x
④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2.
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M,再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量量的字写出下列所求物理量的表达式:
①当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和码)的总动能分别为Ek1=$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{L}{△{t}_{1}}$)2和Ek2=$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{L}{△{t}_{2}}$)2.
②如果表达式△Ep=Ek2-Ek1成立,则可认为验证了机械能守恒定律.
分析 游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数,不需估读.
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d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量.
要注意本题的研究对象是系统.
解答 解:(1)游标卡尺,主尺读数为10mm,游标读数为0.02×45mm=0.90mm,所以最终读数为10.90mm;
(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1速度v1=$\frac{L}{△{t}_{1}}$
滑块通过光电门2速度v2=$\frac{L}{△{t}_{2}}$
系统的总动能分别为Ek1=$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{L}{△{t}_{1}}$)2
Ek2=$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{L}{△{t}_{2}}$)2;
在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少△Ep=mgs
(3)如果满足关系式△Ep=Ek2-Ek1,即系统重力势能减小量等于动能增加量,则可认为验证了机械能守恒定律.
故答案为:(1)10.90;$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{L}{△{t}_{1}}$)2,$\frac{1}{2}$(M+m)($\frac{L}{△{t}_{2}}$)2,△Ep=Ek2-Ek1.
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.
练习册系列答案
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