Question

16．實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成系統(tǒng)的機械能守恒．

（1）如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度時，將遮光條夾在外測量爪之間，旋緊緊固螺釘A（選填“A”或“B”），測得遮光條的寬度d=0.48cm，實驗時先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使導(dǎo)軌水平，再將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計算器讀出遮光條通過光電門的時間△t=1.2×10^-2s，則滑塊經(jīng)過光電門時的速度為0.40m/s．
（2）實驗中還需要測量的物理量有：滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離L、滑塊質(zhì)量M和鉤碼的質(zhì)量m（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）．
（3）本實驗通過比較（M-m）gL和$\frac{1}{2}（M+m）\frac{dxeqiry^{2}}{△{t}^{2}}$（用測量的物理量符號表示，重力加速度為g）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，從而驗證系統(tǒng)的機械能是否守恒．
（4）下列因素中可能引起實驗誤差的是AC（填字母序號）
A．氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)后仍未水平
B．導(dǎo)軌左端滑輪偏高，拉線不水平
C．光電門到滑塊初始位置的距離過小
D．不滿足m遠(yuǎn)小于M．

Answer 1

分析 （1）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀．根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度求出滑塊經(jīng)過光電門的瞬時速度．
（2、3）對系統(tǒng)研究，根據(jù)系統(tǒng)重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等驗證機械能守恒，根據(jù)原理確定還需要測量的物理量．
（4）根據(jù)原理以及注意事項確定實驗中可能引起誤差的措施．

解答 解：（1）用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度時，將遮光條夾在外測量爪之間，旋緊緊固螺釘A，游標(biāo)卡尺的固定刻度讀數(shù)為4mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.1×8mm=0.8mm，則遮光條的寬度d=4.8mm=0.48cm．
根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度知，滑塊經(jīng)過光電門時的速度為：
$v=\fracb3ognqy{△t}=\frac{0.48×1{0}^{-2}}{1.2×1{0}^{-2}}m/s=0.40m/s$．
（2、3）為了驗證系統(tǒng)的機械能是否守恒，即判斷系統(tǒng)動能的增加量與系統(tǒng)重力勢能的減小量是否守恒，所以還需要測量的物理量有：滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離L、滑塊的質(zhì)量M、鉤碼的質(zhì)量m．
系統(tǒng)重力勢能的減小量為：△E_p=（M-m）gL
系統(tǒng)動能的增加量為：$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（M+m）{v}^{2}=\frac{1}{2}（M+m）\frac{ptmp4ew^{2}}{△{t}^{2}}$．
通過比較（M-m）gL和$\frac{1}{2}（M+m）\frac{wp9siue^{2}}{△{t}^{2}}$是否相等驗證系統(tǒng)機械能守恒．
（4）A、氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)后仍未水平，使得滑塊在運動過程中重力勢能在減小，會影響實驗的誤差，故A正確．
B、該實驗研究的對象是系統(tǒng)，所以導(dǎo)軌左端滑輪偏高，拉線不水平，不影響系統(tǒng)重力勢能的變化，故B錯誤．
C、光電門到滑塊初始位置的距離過小，對于測量瞬時速度有誤差，以及鉤碼下降的距離太小，影響實驗誤差，故C正確．
D、該實驗研究的對象是系統(tǒng)，不需要滿足m遠(yuǎn)小于M，故D錯誤．
故選：AC．
故答案為：（1）A，0.48，0.40，（2）滑塊上遮光條的初始位置到光電門的距離L，滑塊質(zhì)量M、鉤碼質(zhì)量m，（3）（M-m）gL，$\frac{1}{2}（M+m）\frac{a9ngeur^{2}}{△{t}^{2}}$，（4）AC．

點評 本題關(guān)鍵是明確實驗原理，注意鉤碼和滑塊的機械能均不守恒，是系統(tǒng)機械能守恒，注意研究的對象是系統(tǒng)．