(10分)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖1所示：

       

（1）實驗步驟：

①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于lm，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；

②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度L，結(jié)果如圖2所示，由此讀出L=            mm；

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離S；

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；

⑤從數(shù)字計時器（圖1中未畫出）上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間△t1和△t2；

⑥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．

（2）用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達式：

①當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為Ek1=           和E k2=            ．

②在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量△EP=        （重力加速度為g）．

（3）如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，△EP=             ，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律．

 

【答案】

（1）  9.30

（2）Ek1=     E k2=     △EP=mgS

（3）△EP=   

【解析】

試題分析：游標(biāo)卡尺讀數(shù)：主尺（ 9mm）+精確度（）×與主尺對齊刻線（6）＝9.30mm.

由于擋光條通過光電門的時間短，可以粗略處理為勻速，由得，通過光電門1、2的速度分別為： ，根據(jù)得：當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為，。根據(jù)重力做功與重力勢能的變化關(guān)系：系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgs，在誤差允許的范圍內(nèi)，減少的重力勢能應(yīng)等于增加的動能即：

考點：本題考查驗證機械能守恒。

 

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

利用氣墊導(dǎo)軌裝置驗證機械能守恒定律時，如圖所示用墊塊把導(dǎo)軌一端墊高H，將一質(zhì)量為m的滑塊由軌道上端某一處滑下，滑塊上表面裝有寬度為d=3.00cm的擋光片，它通過光電門G時，光電門記錄擋光片通過的時間，從而可以求得滑塊的速度．重復(fù)實驗，讓滑塊總是從同一位置滑下，改變光電門的位置，就可以得到滑塊通過不同位置時的速度．取光電門的任意兩個位置，可以算出滑塊動能的增量△Ek，如再算出重力勢能的減少量△EP，比較△Ek與△EP的大小，便可驗證機械能是否守恒．
（1）在一次實驗中把光電門放置于x1、x2兩個位置，分別測得滑塊通過光電門時間為△t1、△t2，則滑塊由x1運動到x2，重力勢能減少量△EP=
mg
H
L
(x2-x1)
mg
H
L
(x2-x1)
，動能的增量△Ek=
1
2
m(
d
△t2
)2-
1
2
m(
d
△t1
)2
1
2
m(
d
△t2
)2-
1
2
m(
d
△t1
)2
（用題給字母表示）
（2）若測得圖中L=0.800m，H=16.0cm，m=500g，x1=0.200m，x2=0.700m，△t1=5.00×10-2s、△t2=2.00×10-2s，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2，則滑塊由G1到G2這個過程中重力勢能減少量△Ep=
0.490J
0.490J
J，動能增加量△Ek=
0.473J
0.473J
J．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

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科目：高中物理 來源： 題型：

某研究小組在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”時，利用氣墊導(dǎo)軌和光電門進行實驗．氣墊導(dǎo)軌可以在滑塊與導(dǎo)軌之間形成很薄的空氣膜，從而極大地減少摩擦力的影響，滑塊的運動可以近似看成無摩擦運動．光電門可以準(zhǔn)確地記錄滑塊擋光板通過光電門的時間，從而得到滑塊通過光電門的速度，如圖1所示．
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 （1）實驗時，該小組將托盤和砝碼的重力作為滑塊所受合外力，但實際上二者只是近似相等，請回答，二者近似相等需耍滿足什么條件？
 

（2）滑塊擋光板寬度為么某次實驗時發(fā)現(xiàn)光電門記錄時間為Ah則滑塊通過光電門時的速度大小的表達式V=
 
．
（3）該小組保持滑塊質(zhì)量恒定，光電門的位置固定，并且始終從同一位置釋放，不斷改變砝碼的個數(shù)，并通過計算得到多組滑塊通過光電門的數(shù)據(jù)，如下表所示．
托盤砝碼總質(zhì)量（g） 10 20 30 40 50 60
V（m/s） 0.50 0.71 0.86 1.01 1.12 1.23
l/v（s/m） 2.00 1.41 1.16 0.99 0.89 0.81
v2（m2/s2） 0.25 0.50 0.74 1.02 1.25 1.51
為了便于研究合外力與加速度的關(guān)系，該小組用托盤和砝碼的總質(zhì)量代表合外力作為橫軸，請你選擇合適的物理量代表加速度作為縱軸，并利用表格中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中選擇標(biāo)度描點作圖．通過繪出的圖線2可以得到如下結(jié)論：在滑塊質(zhì)量一定時，
 
．

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科目：高中物理 來源： 題型：

某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成．
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（l）下面是實驗的主要步驟：
①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；
②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；
③接通光電計時器；
④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間；
⑤滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；
⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門后依次被制動；
⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時間△t1=10.01ms，通過光電門2的擋光時間△t2=49.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間△t3=8.35ms；
⑧測出擋光片的寬度d=5mm，測得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為ml=300g，滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為m2=200g；
（2）數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)論：
①實驗中氣墊導(dǎo)軌的作用是
 

②碰撞前滑塊l的速度vl為
 
m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為
 
m/s；滑塊2的速度v3為
 
 m/s；（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
③在誤差允許的范圍內(nèi)，通過本實驗，同學(xué)們可以探究出哪些物理量是不變的？通過對實驗數(shù)據(jù)的分析說明理由．（至少回答2個不變量）．
a．
 
b．
 
．

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科目：高中物理 來源： 題型：

(8分)利用氣墊導(dǎo)軌探究彈簧的彈性勢能與形變量的關(guān)系，在氣墊導(dǎo)軌上放置一帶有遮光片的滑塊，滑塊的一端與輕彈簧貼近，彈簧另一端固定在氣墊導(dǎo)軌的一端，將一光電門P固定在氣墊導(dǎo)軌底座上適當(dāng)位置(如圖甲)，使彈簧處于自然狀態(tài)時，滑塊向左壓縮彈簧一段距離，然后靜止釋放，與光電門相連的光電計時器可記錄遮光片通過光電門時的擋光時間，可計算出滑塊離開彈簧后的速度大�。畬嶒灢襟E如下：

① 用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d；

② 在氣墊導(dǎo)軌上通過滑塊將彈簧壓縮x1，滑塊靜止釋放．由光電計時器讀出滑塊第一次通過光電門時遮光片的擋光時間t1；

③ 利用所測數(shù)據(jù)求出滑塊第一次通過光電門時的速度v和動能mv2；

④ 增大彈簧壓縮量為x2、x3、…重復(fù)實驗步驟②③，記錄并計算相應(yīng)的滑塊動能mv2，如下表所示：

彈簧壓縮量x(cm)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

x2

0.25

1.00

2.25

4.00

6.25

9.00

動能mv2

0.49m

1.95m

4.40m[來源:Zxxk.Com]

7.82m

12.22m

17.60m

(1) 測量遮光片的寬度時游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖乙所示，讀得d＝________cm；

(2) 在下面兩坐標(biāo)系中分別作出mv2x和mv2x2圖象；

(3) 由機械能守恒定律，Ep＝mv2，根據(jù)圖象得出結(jié)論是________________________________________________________________________．

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