Question

4．在“驗(yàn)證機(jī)械守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，利用下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)從由靜止釋放到通過(guò)光電門(mén)這一過(guò)程機(jī)械能守恒．實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，氣軌已經(jīng)調(diào)成水平狀態(tài)．
（1）已知遮光條的寬度為d，實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為$\fraca1pzdzv{t}$．
（2）在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有（文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示）：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s和滑塊的質(zhì)量M．
（3）本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較mgs和$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracgtftobx{t}$）²（用測(cè)量的物理量符號(hào)表示）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，從而驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度大��；
（2）本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度大小，因此需要測(cè)量滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s，計(jì)算動(dòng)能需要知道滑塊的質(zhì)量M；
（3）比較重力勢(shì)能的減小量和動(dòng)能的增加量是否相等即可判斷機(jī)械能是否守恒．

解答 解：（1）由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度，因此滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為：v=$\fracpnw8ggo{t}$
（2）根據(jù)以上瞬時(shí)速度的公式，因此需要知道滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s，計(jì)算動(dòng)能需要知道滑塊的質(zhì)量M，故還需要測(cè)量M．
故答案為：滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s，滑塊的質(zhì)量M．
（3）鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢(shì)能的減小量為mgs，
系統(tǒng)動(dòng)能的增量為：$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac14midzd{t}$）²．
因此只要比較二者是否相等，即可驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒．
故答案為：（1）$\fracuqdjfv4{t}$；（2）滑塊上的遮光條初始位置到光電門(mén)的距離s，滑塊的質(zhì)量M；（3）mgs，$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frach3p38ur{t}$）²．

點(diǎn)評(píng) 物理實(shí)驗(yàn)如何變化，正確理解實(shí)驗(yàn)原理都是解答實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，同時(shí)加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．