Question

某校學(xué)生利用如圖甲所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)由靜止釋放后機(jī)械能是否守恒．實驗前已經(jīng)調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，且選定滑塊從靜止開始運(yùn)動的過程進(jìn)行測量．

（1）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得窄遮光條的寬度d=

0.48

cm；實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間△t=1.2×10^-2s，則在遮光條經(jīng)過光電門時滑塊的瞬間速度為

0.40

m/s．
（2）已知當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g，鉤碼的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為M，在本實驗中還需要直接測量的物理量有：

B

．
A．光電門到導(dǎo)軌左端定滑輪的距離x
B．滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s
C．氣墊導(dǎo)軌的總長L
（3）本實驗通過比較

mgs

和是否相等（用直接測出的物理量符號寫出表達(dá)式，重力加速度為g）說明系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒．
（4）為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，該實驗小組的同學(xué)對此實驗提出以下建議，其中確實對提高準(zhǔn)確程度有作用的是

A

．
A．繩的質(zhì)量要輕，滑塊與滑輪間繩要水平
B．在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩越長越好
C．鉤碼的質(zhì)量m越小越好
（5）你估計減少的重力勢能

大于

（大于、小于或等于）增加的動能．

Answer 1

分析：（1）掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，即主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀；本實驗中由于遮光條通過光電門的時間極短因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度大小；
（2）研究的是重力勢能的減小量是否等于動能增加量，要選對運(yùn)動過程；
（3）比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒；
（4）通過實驗原理進(jìn)行分析即可；
（5）由于摩擦不可避免，故有小部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

解答：解：（1）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為4mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.1×8mm=0.8mm，所以最終讀數(shù)為：4mm+0.8mm=4.8mm=0.48cm；
數(shù)字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計算出物體通過光電門的平均速度，用該平均速度代替物體的瞬時速度，故在遮光條經(jīng)過光電門時滑塊的瞬間速度為：
v=

d

t

=

0.48cm

1.2×10-2s

=0.40m/s
（2）根據(jù)實驗原理可知，該實驗中需要比較重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒，故需要測量的物理量為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s，滑塊的質(zhì)量M；故選B；
（3）鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對象，其重力勢能的減小量為mgs，系統(tǒng)動能的增量為：

1

2

(M+m)(

d

△t

)2，因此只要比較二者是否相等，即可驗證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒．
（4）要減小誤差，繩子要輕，繩子與滑輪摩擦要小；軌道要水平，保證M重力勢能不變；故選A；
（5）由于摩擦不可避免，故有小部分重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故重力勢能的減小量一定大于動能的增加量；
故答案為：（1）0.48，0.40；（2）B；（3）mgs；（4）A；（5）大于．

點(diǎn)評：物理實驗如何變化，正確理解實驗原理都是解答實驗的關(guān)鍵，同時加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實驗中的應(yīng)用．