Question

光电门是一种较为精确的测时装置，某同学使用光电门和其他仪器设计了如图所示的装置来验证机械能守恒定律。A为装有挡光片的钩码，总质量用m表示，已知挡光片的挡光宽度为b，轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质定滑轮与的重物B相连，B的质量用M表示（并保证：M<m），他的做法是：先用力拉住B，保持A、B静止，用h表示A的挡光片上端到光电门的距离；然后由静止释放B，A下落过程中经过光电门，光电门可测出挡光片的挡光时间t，算出挡光片经过光电门的平均速度，将其视为A下落h（h≫b）时的速度，重力加速度为g。

(1)为了完成上述实验，除了图示给出的实验器材以外，还需要的实验器材有：________；

(2)在A从静止开始下落h的过程中，验证以A、B、地球所组成的系统机械能守恒的表达式为_______（用题目所给物理量的符号表示）；

(3)由于光电门所测的平均速度与物体A下落h时的瞬时速度间存在一个差值△v，因而系统减少的重力势能________系统增加的动能（选填“大于”或“小于”）；

(4)为减小上述△v对结果的影响，该同学想到了以下一些做法，其中可行的是_______。

A.适当减小挡光片的挡光宽度b

B.增大挡光片的挡光宽度b

C.减小挡光片上端到光电门的距离h

D.保持A下落的初始位置不变，测出多组t，算出多个平均速度然后取平均值

Answer

天平（包括砝码）、刻度尺 （m－M）gh＝（M＋m）（）2 大于 A

【解析】

（1）[1] 动能和重力势能之和为机械能，计算时需要知道物体质量和下降的距离，结合如图实验装置可知，需要的实验器材：需要天平用来测量A、B的质量，用刻度尺测量A的下落高度，所以还需要的器材天平（包括砝码）、刻度尺。

（1）[2] 系统重力势能的减小量为

物块经过光电门的瞬时速度为

则系统动能的增加量为

则机械能守恒的表达式为

。

（3）[3] 光电门测出的平均速度是挡光片通过光电门过程中中间时刻的瞬时速度，此时下降的高度小于h，则系统减少的重力势能大于系统增加的动能。

（4）[4] ABCD．减小上述对结果的影响，可以减小挡光片的宽度，使得平均速度更接近瞬时速度，BCD错误A正确。

故选A 。