Question

5．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．

（1）實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導(dǎo)軌是水平的（或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運(yùn)動）．
（2）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d=0.52cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間△t=1.2×10^-2s，則滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為0.43m/s．在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s和滑塊的質(zhì)量M（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）．
（3）本實(shí)驗(yàn)通過比較mgs和$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac57vf71x{△t}$）²在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等（用測量的物理量符號表示），從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．

Answer 1

分析 （1）氣墊導(dǎo)軌接通電源后可以認(rèn)為是光滑的，若滑塊在軌道上任何位置都能靜止，說明軌道水平；
（2）掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，即主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀；本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時(shí)速度大小；
（3）比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）當(dāng)氣墊導(dǎo)軌接通電源后，導(dǎo)軌可以認(rèn)為是光滑的，判斷是否水平的方法是：接通電源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導(dǎo)軌是水平的（或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運(yùn)動）．
（2）游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為0.5cm，游標(biāo)尺上第2個(gè)刻度與主尺上某一刻度對齊，則游標(biāo)讀數(shù)為2×0.1=0.2mm=0.02cm，所以最終讀數(shù)為：0.5cm+0.02cm=0.52cm；
由于遮光條通過光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時(shí)速度，因此滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為：v=$\fracrdrndfx{△t}$=$\frac{0.52×1{0}^{-2}}{1.2×1{0}^{-2}}$=0.43m/s
根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，該實(shí)驗(yàn)中需要比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒，故需要測量的物理量為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，滑塊的質(zhì)量M．
（3）鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統(tǒng)動能的增量為：$\frac{1}{2}$ （m+M）（$\fracftdz9df{△t}$）²，因此只要比較二者是否相等，即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒．
故答案為：（1）接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導(dǎo)軌是水平的（或輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運(yùn)動）．
（2）0.52； 0.43；滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s；滑塊的質(zhì)量M；
（3）mgs；$\frac{1}{2}$ （m+M）（$\frachz9jfp5{△t}$）²．

點(diǎn)評 物理實(shí)驗(yàn)如何變化，正確理解實(shí)驗(yàn)原理都是解答實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，同時(shí)加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，注意游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，及與螺旋測微器的區(qū)別．