Question

【題目】由于滑塊在氣墊導軌上運動時所受的阻力很小，某同學采用了如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律。安裝、調節好實驗裝置，他測量出兩個光電門之間的距離為L，窄遮光板的寬度為d，釋放沙桶后窄遮光板依次通過兩個光電門的時間為t1、t2。為了完成實驗，他還需要測量的物理量是________、_______，判斷機械能守恒的表達式為________。（已知重力加速度為g，表達式要用題中所給的物理量和測量的物理量表示）

Answer 1

【答案】滑塊和擋光板的總質量M 沙桶的質量m

【解析】

[1][2][3]由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度。滑塊經過光電門1時的瞬時速度為

滑塊經過光電門2時的瞬時速度為

對于沙桶和滑塊組成的系統，系統的總動能增加量為

在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統重力勢能的減少量

如果滿足關系式

即系統重力勢能減小量等于動能增加量，則可認為驗證了機械能守恒定律。所以機械能守恒的表達式為

因此本實驗還需要用儀器測量的物理量是：滑塊和擋光板的總質量M和沙桶的總質量m。

判斷機械能守恒的表達式為。