Question

某实验小组同学利用如图甲所示的装置“探究滑块(含遮光条)的动能变化与合外力做功关系”。

实验主要步骤如下

①在水平桌面上放置气垫导轨，并将滑块调到平衡状态；

②用游标卡尺测量遮光条的宽度d；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L；

④用天平称出滑块和遮光条的总质量M、托盘和砝码的总质量m，且m远小于M。

⑤将滑块移至光电门1右侧某处，释放滑块，托盘落地前遮光条已通过光电门2。从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间△t₁，通过光电门2的时间△t₂；

回答下列问题：

(1)为了调节滑块处于平衡状态，不挂细线和托盘，接通气源，轻推滑块，如果遮光条通过光电门1的时间为t₁，通过光电门2的时间为t₂。当满足t₁___________t₂(填“>”、“=”、“<”)时，则表示滑块已调至平衡状态。

(2)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d=___________mm。

(3)已知重力加速度为g，以滑块(包含遮光条)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式___________(用测量的物理量的字母表示)，则可认为滑块(含遮光条)的动能变化与合外力做功相等。

Answer

= 5.2

【解析】

（1）根据遮光条过两个光电门的时间关系确定气垫导轨是否水平。
（2）游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺示数。
（3）遮光条的宽度与遮光条经过光电门的时间之比是遮光条的速度，根据题意应用动能定理求出需要验证的表达式

：（1）滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现滑块通过光电门1的时间t1等于通过光电门2的时间t2，说明滑块做匀速运动，滑块处于平衡状态；

（2）由图示游标卡尺可知，其示数为：5mm+2×0.1mm=5.2mm；

（3）由于m远小于M，故滑块所受拉力大小近似等于mg，

遮光条通过光电门1时的瞬时速度的表达式：

遮光条通过光电门2时的瞬时速度的表达式：

根据动能定理可得合外力做功和滑块动能变化的关系：

故答案为：（1）“=” （2）5.2 （3）