Question

如圖為利用氣墊導(dǎo)軌（滑塊在該導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力可忽略）“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置，完成以下填空．

實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平．
②測(cè)出擋光條的寬度l和兩光電門中心之間的距離s．
③將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2．
④讀出滑塊分別通過光電門1和光電門2時(shí)的擋光時(shí)間△t₁和△t₂．
⑤用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m．
⑥滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，可以確定系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動(dòng)能分別為E_k1=

 

和E_k2=

 

．
⑦在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少△E_p=

 

．（重力加速度為g）
⑧如果滿足關(guān)系式

 

，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．

Answer 1

分析：光電門測(cè)量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法．
由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
根據(jù)功能關(guān)系得重力做功的數(shù)值等于重力勢(shì)能減小量．
要注意本題的研究對(duì)象是系統(tǒng)．

解答：解：（1）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
滑塊通過光電門1速度v₁=

l

△t1

滑塊通過光電門2速度v₂=

l

△t2

系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為E_k1=

1

2

(M+m)(

l

△t1

)2和E_k2=

1

2

(M+m)(

l

△t2

)2
（2）在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少△E_p=mgs
（3）如果滿足關(guān)系式△E_p=E_k2-E_k1，即系統(tǒng)重力勢(shì)能減小量等于動(dòng)能增加量，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．
故答案為：（1）

1

2

(M+m)(

l

△t1

)2，

1

2

(M+m)(

l

△t2

)2（
（2）△E_p=mgs  
（3）△E_p=E_k2-E_k1

點(diǎn)評(píng)：了解光電門測(cè)量瞬時(shí)速度的原理．
實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面．