问题 问答题

利用气垫导轨(摩擦可以忽略)验证系统机械能守恒定律,实验装置如图所示:

(1)实验步骤:

①将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于lm,将导轨调至水平;

②测量出挡光条的宽度l;

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s;

④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2;

⑤从计算机上(图1中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M,再称出托盘和砝码的总质量m.

(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式:

①当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1=______和Ek2=______.

②在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少△Ep=______(重力加速度为g).

(3)如果△Ep______ (用EK1和EK2表示),则可认为验证了系统机械能守恒定律.

答案

(2)①由于光电门的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.

滑块通过光电门1速度v1=

l
△t1

滑块通过光电门2速度v2=

l
△t2

系统的总动能分别为Ek1=

1
2
(M+m)(
l
△t1
2和Ek2=
1
2
(M+m)(
l
△t1
2

②在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少△Ep=mgs

(3)如果满足关系式△Ep=Ek2-Ek1,即系统重力势能减小量等于动能增加量,则可认为验证了机械能守恒定律.

故答案为:(2)①

1
2
(M+m)(
l
△t1
2
1
2
(M+m)(
l
△t1
2

②mgs

(3)=Ek2-Ek1

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