Question

某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)由靜止釋放后機(jī)械能守恒．實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，且選定滑塊從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程進(jìn)行測(cè)量．

（1）如圖所示，首先用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度（見(jiàn)下圖），其讀數(shù)為d=

 

cm；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(guò)光電門的時(shí)間△t=1.2×10^-2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為

 

m/s．

（2）已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g，鉤碼的質(zhì)量m，滑塊的質(zhì)量M，在本實(shí)驗(yàn)中還需要直接測(cè)量的物理量有

 

（在橫線上填入選項(xiàng)前的編號(hào)）．
①光電門到左端定滑輪的距離x
②滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s
③氣墊導(dǎo)軌的總長(zhǎng)l
（3）本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較

 

和

1

2

(m+M)(

d

△t

)2是否相等（用上述已有的物理量符號(hào)寫出表達(dá)式，重力加速度為g），說(shuō)明系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒．
（4）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議，其中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是

 

（在橫線上填入選項(xiàng)前的編號(hào)）．
①繩的質(zhì)量要輕
②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩越長(zhǎng)越好
③鉤碼的質(zhì)量m越小越好
（5）你估計(jì)減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能哪個(gè)可能偏��？

 

．
你認(rèn)為造成這種偏差的原因可能是

 

．

Answer 1

分析：（1）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(guò)光電門的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度大小；
（2）研究的是重力勢(shì)能的減小量是否等于動(dòng)能增加量，要選對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程；
（3）比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒；
（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析即可；
（5）由于摩擦不可避免，故有小部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

解答：解：（1）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為7mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×14mm=0.70mm，所以最終讀數(shù)為：7mm+0.70mm=7.70mm=0.770cm；
數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄通過(guò)光電門的時(shí)間，由位移公式計(jì)算出物體通過(guò)光電門的平均速度，用該平均速度代替物體的瞬時(shí)速度，故在遮光條經(jīng)過(guò)光電門時(shí)滑塊的瞬間速度為：
v=

d

t

=

0.770cm

0.012

=0.64  m/s
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，該實(shí)驗(yàn)中需要比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)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(cè)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；故選②；
（3）鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢(shì)能的減小量為mgs，系統(tǒng)動(dòng)能的增量為：

1

2

(m+M)(

d

△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．
（4）要減小誤差，繩子要輕，繩子與滑輪摩擦要��；軌道要水平，保證M重力勢(shì)能不變；故選①；
（5）增加的動(dòng)能可能偏小，造成這種偏差的原因可能是摩擦、定滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)；
故答案為：
（1）0.770   0.64  
（2）②
（3）mgs    
（4）①
（5）增加的動(dòng)能；摩擦、定滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)

點(diǎn)評(píng)：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．