Question

10．圖甲是驗證機械能守恒定律的裝置，氣墊導軌上安裝了1、2兩個光電門，滑塊上固定一豎直遮光條，滑塊用細線繞過定滑輪與鉤碼相連，細線與導軌平行．
（1）用游標卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示，則遮光條的寬度為13.40mm．
（2）在調整氣墊導軌水平時，滑塊不掛鉤碼和細線，接通氣源后，給滑塊一個初速度，使它從軌道右端向左運動，發現滑塊通過光電門1的時間大于通過光電門2的時間．為使氣墊導軌水平，可采取的措施是B．
A．調節P使軌道左端升高一些                        B．調節P使軌道左端降低一些
C．遮光條的寬度應適當大一些                       D．滑塊的質量增大一些
（3）正確進行實驗操作，測出滑塊和遮光條的總質量M，鉤碼質量m，遮光條的寬度用d表示，已知重力加速度為g．現將滑塊從圖示位置由靜止釋放．
①若滑塊經過光電門2時鉤碼未著地，測得兩光電門中心間距L，由數字計時器讀出遮光條通過光電門1、2的時間分別為t₁、t₂，則驗證機械能守恒定律的表達式是mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）．
②若滑塊經過光電門2時鉤碼已著地，為驗證機械能守恒定律，已測得鉤碼初始位置離地的高度h，還需測量的一個物理量是遮光條通過光電門2的時間．

Answer 1

分析 （1）掌握游標卡尺的讀數方法，即主尺讀數加上游標讀數，不需估讀；
（2）明確實驗原理以及氣墊導軌裝置的特點可正確解答；
（3）本實驗中由于遮光條通過光電門的時間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度大小；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械能是否守恒．

解答 解：（1）游標卡尺主尺讀數為1.3cm=13mm，游標尺上第8個刻度與主尺上某一刻度對齊，
則游標讀數為8×0.05=0.40mm，
所以最終讀數為：13mm+0.40m=13.40mm；
（2）不掛鉤碼和細線，接通氣源，滑塊從軌道右端向左運動的過程中，發現滑塊通過光電門1的時間大于通過光電門2的時間．說明滑塊做減速運動，也就是左端高，右端低．所以實施下列措施能夠達到實驗調整目標的是調節P使軌道左端降低一些，或調節Q使軌道右端升高一些，故B正確，ACD錯誤．
故選：B．
（3）由于遮光條通過光電門的時間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度，因此滑塊經過光電門時的瞬時速度為，那么滑塊經過光電門1的瞬時速度為：v₁=$\fracp9vv5xb5{{t}_{1}}$；
滑塊經過光電門2的瞬時速度為：v₂=$\fracp9vv5xb5{{t}_{2}}$；
根據實驗原理可知，該實驗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L，滑塊的質量M．
鉤碼和滑塊所組成的系統為研究對象，其重力勢能的減小量為：△E_p=mgL，
系統動能的增量為：△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）；
因此只要比較二者是否相等，即可驗證系統機械能是否守恒．
則為：mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）；
②若滑塊經過光電門2時鉤碼已著地，為驗證機械能守恒定律，已測得鉤碼初始位置離地的高度h，
結合以上的實驗原理，還需測量的一個物理量是遮光條通過光電門2的時間．
故答案為：（1）13.40；（2）B；（3）①mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{p9vv5xb5^{2}}{{t}_{1}^{2}}$）；②遮光條通過光電門2的時間．

點評 物理實驗如何變化，正確理解實驗原理都是解答實驗的關鍵，同時加強物理基本規律在實驗中的應用．