Question

某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。

（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）至于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的t₁_______t₂(选填“大于”、“等于”或“小于”)时，说明气垫导轨已调水平。

（2）用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=________mm。

（3）滑块P用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，若t₁、t₂、m、g和d已知，若已测出滑块质量M ，两光电门间距离L。 上述物理量间满足关系式_______________，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒。

Answer

等于 8.475（在8.474～8.478之间）

【解析】

(1)[1] 实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的△t1等于△t2，说明滑块匀速运动，气垫导轨已经水平．

(2)[2] 螺旋测微器的固定刻度读数为8mm，可动刻度读数为

0.01×47.5mm=0.475mm

所以最终读数为：

8mm+0.475mm=8.475mm

(3)[3] 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．

滑块和砝码组成的系统动能的增加量

滑块和砝码组成的系统动能的重力势能的减小量

△Ep=mgL

如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量，那么滑块和砝码组成的系统机械能守恒，即：