Question

5．某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒．

（1）實驗前需要調(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；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間△t=1.2×10^-2s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為0.43m/s．在本次實驗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）本實驗通過比較mgs和$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracp9vv5xb5{△t}$）²在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等（用測量的物理量符號表示），從而驗證了系統(tǒng)的機械能守恒．

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；
（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動）．
（2）游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為0.5cm，游標(biāo)尺上第2個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(jīng)過光電門時的瞬時速度為：v=$\fracp9vv5xb5{△t}$=$\frac{0.52×1{0}^{-2}}{1.2×1{0}^{-2}}$=0.43m/s
根據(jù)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）（$\fracp9vv5xb5{△t}$）²，因此只要比較二者是否相等，即可驗證系統(tǒng)機械能是否守恒．
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）（$\fracp9vv5xb5{△t}$）²．

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(guān)鍵，同時加強物理基本規(guī)律在實驗中的應(yīng)用，注意游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，及與螺旋測微器的區(qū)別．