Question

19．某學習小組利用如圖1所示的裝置驗證動能定理．

（1）安裝好實驗器材，要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平．操作應(yīng)該是不掛砝碼盤和細線，如果滑塊能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運動或滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間相等則氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)．
（2）從裝置圖中讀出兩光電門中心之間的距離s=50.00cm；通過如圖2游標卡尺測得擋光條的寬度d=2.25mm
（3）擋光條的寬度為d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間△t₁和△t₂，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M；
（4）實驗所驗證的動能定理的表達式Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\frac1161161{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac6666661{{t}_{1}}$）²（用（2）（3）中字母表示）
（5）該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？否（填“是”或“否”）．

Answer 1

分析 （1）氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)時，滑塊受力平衡，做勻速直線運動或靜止；
（2）先明確刻度尺的分度值，讀數(shù)時注意估讀一位；游標卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀；
（3、4）光電門測速度的原理是用平均速度來代替瞬時速度，根據(jù)功能關(guān)系可以求出需要驗證的關(guān)系式，進而得到還需要測量的物理量；
（5）該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

解答 解：（1）實驗時要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平．不掛鉤碼和細線，接通氣源，如果滑塊能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運動或滑塊經(jīng)兩個光電門的時間相等，則表示氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)．
（2）光電門1處刻度尺讀數(shù)為：20.30cm，光電門2處刻度尺讀數(shù)為：70.30cm，故兩光電門中心之間的距離s=70.30cm-20.30cm=50.00cm；
游標卡尺的主尺讀數(shù)為2mm，游標尺上第5個刻度與主尺上某一刻度對齊，故其讀數(shù)為0.05×5mm=0.25mm，所以最終讀數(shù)為：2mm+0.25mm=2.25mm；
（3、4）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度．
滑塊通過光電門1速度為：v₁=$\frac6616111{{t}_{1}}$
滑塊通過光電門2速度為：v₂=$\frac6611116{{t}_{2}}$
根據(jù)功能關(guān)系需要驗證的關(guān)系式為：Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\frac1666666{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac1116116{{t}_{1}}$）²
可見還需要測量出M，即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量；
（5）該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（1）能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運動或滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間相等；
（2）50.00；  2.25；
（3）滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M；
（4）Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\frac1161616{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac6616111{{t}_{1}}$）²；
（5）否

點評 了解光電門測量瞬時速度的原理，實驗中我們要清楚研究對象和研究過程，對于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時明確實驗原理是解答實驗問題的前提．