10.圖甲是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的裝置,氣墊導(dǎo)軌上安裝了1、2兩個光電門,滑塊上固定一豎直遮光條,滑塊用細(xì)線繞過定滑輪與鉤碼相連,細(xì)線與導(dǎo)軌平行.
(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示,則遮光條的寬度為13.40mm.
(2)在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平時,滑塊不掛鉤碼和細(xì)線,接通氣源后,給滑塊一個初速度,使它從軌道右端向左運(yùn)動,發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門1的時間大于通過光電門2的時間.為使氣墊導(dǎo)軌水平,可采取的措施是B.
A.調(diào)節(jié)P使軌道左端升高一些                        B.調(diào)節(jié)P使軌道左端降低一些
C.遮光條的寬度應(yīng)適當(dāng)大一些                       D.滑塊的質(zhì)量增大一些
(3)正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,測出滑塊和遮光條的總質(zhì)量M,鉤碼質(zhì)量m,遮光條的寬度用d表示,已知重力加速度為g.現(xiàn)將滑塊從圖示位置由靜止釋放.
①若滑塊經(jīng)過光電門2時鉤碼未著地,測得兩光電門中心間距L,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門1、2的時間分別為t1、t2,則驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式是mgL=$\frac{1}{2}$(m+M)($\frac{1qifmtm^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{fxfxoan^{2}}{{t}_{1}^{2}}$).
②若滑塊經(jīng)過光電門2時鉤碼已著地,為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,已測得鉤碼初始位置離地的高度h,還需測量的一個物理量是遮光條通過光電門2的時間.

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;
(2)明確實(shí)驗(yàn)原理以及氣墊導(dǎo)軌裝置的特點(diǎn)可正確解答;
(3)本實(shí)驗(yàn)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;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.

解答 解:(1)游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為1.3cm=13mm,游標(biāo)尺上第8個刻度與主尺上某一刻度對齊,
則游標(biāo)讀數(shù)為8×0.05=0.40mm,
所以最終讀數(shù)為:13mm+0.40m=13.40mm;
(2)不掛鉤碼和細(xì)線,接通氣源,滑塊從軌道右端向左運(yùn)動的過程中,發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門1的時間大于通過光電門2的時間.說明滑塊做減速運(yùn)動,也就是左端高,右端低.所以實(shí)施下列措施能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)調(diào)整目標(biāo)的是調(diào)節(jié)P使軌道左端降低一些,或調(diào)節(jié)Q使軌道右端升高一些,故B正確,ACD錯誤.
故選:B.
(3)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,因此滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為,那么滑塊經(jīng)過光電門1的瞬時速度為:v1=$\fracsz6woqt{{t}_{1}}$;
滑塊經(jīng)過光電門2的瞬時速度為:v2=$\fracuhjrtl7{{t}_{2}}$;
根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知,該實(shí)驗(yàn)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L,滑塊的質(zhì)量M.
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:△Ep=mgL,
系統(tǒng)動能的增量為:△Ek=$\frac{1}{2}$(m+M)($\frac{uhe5682^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{imiqikc^{2}}{{t}_{1}^{2}}$);
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.
則為:mgL=$\frac{1}{2}$(m+M)($\frac{na571l0^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{nvn2pxk^{2}}{{t}_{1}^{2}}$);
②若滑塊經(jīng)過光電門2時鉤碼已著地,為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,已測得鉤碼初始位置離地的高度h,
結(jié)合以上的實(shí)驗(yàn)原理,還需測量的一個物理量是遮光條通過光電門2的時間.
故答案為:(1)13.40;(2)B;(3)①mgL=$\frac{1}{2}$(m+M)($\frac{qyqcksa^{2}}{{t}_{2}^{2}}-\frac{aild64u^{2}}{{t}_{1}^{2}}$);②遮光條通過光電門2的時間.

點(diǎn)評 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,同時加強(qiáng)物理基本規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用.

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