Question

某实验小组设计了如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，其主要步骤如下：

（1）物块P、Q用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，P底端固定了一竖直宽度为d的轻质遮光条。托住P，使系统处于静止状态（如图所示），用刻度尺测出遮光条所在位置A与固定在铁架台上的光电门B之间的高度h。

（2）现将物块P从图示位置由静止释放，记下遮光条通过光电门的时间为t，则遮光条通过光电门时的速度大小v=___________。

（3）己知当地的重力加速度为g，为了验证机械能守恒定律，还需测量的物理量是_________（用相应的文字及字母表示）。

（4）利用上述测量的实验数据，验证机械能守恒定律的表达式是_________。

（5）改变高度h，重复实验，描绘出v²-h图象，该图象的斜率为k。在实验误差允许范围内，若k= _________，则验证了机械能守恒定律。

Answer

P的质量M，Q的质量m （M-m）gh=

【解析】

（1）[1]光电门的遮光条挡住光的时间极短，则平均速度可作为瞬时速度，有：

；

（2）[2]两物块和轻绳构成的系统，只有重力做功，机械能守恒：

故要验证机械能守恒还需要测量P的质量M、Q的质量m；

（3）[3]将光电门所测速度带入表达式：

则验证机械能守恒的表达式为：

；

（4）[4]将验证表达式变形为：

若在误差允许的范围内，系统满足机械能守恒定律，图像将是一条过原点的倾斜直线，其斜率为：

。