Question

利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图1所示：

(1)实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于lm ，将导轨调至水平；

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图2所示，由此读出l=________mm；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离__________cm；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器（图1中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间和；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量。

(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：

①当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为=___________和__________。

②在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少=__________(重力加速度为)。

(3)如果=______________，则可认为验证了机械能守恒定律。

Answer

9.30 60.00(答案在59.96~60.04之间的，也给分) mgs

【解析】②游标卡尺，主尺读数为9mm，游标读数为0.05×6mm=0.30mm，所以最终读数为9.30mm；

③两光电门中心之间的距离s=80.30cm-20.30cm=60.00cm；

(2) ①由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。

滑块通过光电门1速度

滑块通过光电门2速度

系统的总动能分别为和

②在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少△Ep=mgs

(3)如果满足关系式△Ep=Ek2−Ek1，即系统重力势能减小量等于动能增加量，则可认为验证了机械能守恒定律。

【名师点睛】游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读。光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法，由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。根据功能关系得重力做功的数值等于重力势能减小量，要注意本题的研究对象是系统。