某研究*學習小組利用氣墊導軌驗*機械能守恆定律，實驗裝置如圖*所示．當氣墊導軌正常工作時導軌兩側噴出的氣體使滑...

問題詳情：

某研究*學習小組利用氣墊導軌驗*機械能守恆定律，實驗裝置如圖*所示．當氣墊導軌正常工作時導軌兩側噴出的氣體使滑塊懸浮在導軌上方，滑塊運動時與導軌間的阻力可忽略不計．在氣墊導軌上相隔一定距離L的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器採集數據後與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖線．

（1）實驗前，接通電源，將滑塊（不掛鈎碼）置於氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的△t1 △t2（選填“＞”“=”或“＜”）時，説明氣墊導軌已經水平．

（2）滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質量為m的鈎碼Q相連，將滑塊P由圖*所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若△t1、△t2、遮光條寬度d、滑塊質量M、鈎碼質量m、A、B間距L已知，若上述物理量間滿足關係式         ，則表明在上述過程中，滑塊和鈎碼組成的系統機械能守恆．

（3）若遮光條寬度d=8.400mm，A、B間的距離L=160.00cm，△t1=8.40×10﹣3s，△t2=4.20×10﹣3s，滑塊質量M=180g，鈎碼Q質量m=20g，則滑塊從A運動到B的過程中系統勢能的減少量△Ep     J，系統動能的增量△Ek=    J．（g=9.80m/s2，計算結果保留三位有效數字）

【回答】

考點：  機械能守恆定律．

專題：  機械能守恆定律應用專題．

分析：  （1）遮光條經過光電傳感器A、B時間相同，説明滑塊勻速運動，氣墊導軌已經水平．

（2）要驗*滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恆，就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，結合原理確定需要測量的物理量．根據滑塊和砝碼組成的系統機械能守恆列出關係式．

（3）由高度求出系統勢能的減少量△Ep．由公式v=求出滑塊通過兩個光電門的速度，再求動能的增量．

解答：  解：（1）如果遮光條通過光電門的時間相等，即△t1=△t2，説明遮光條做勻速運動，即説明氣墊導軌已經水平．

（2）要驗*滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恆，就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法．由於光電門的寬度很小，所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度．

 vB=，vA=

滑塊和砝碼組成的系統動能的增加量△Ek=（M+m）（）2﹣（M+m）（）2，

滑塊和砝碼組成的系統重力勢能的減小量△Ep=mgL

可知只要滿足mgL=（M+m）（）2﹣（M+m）（）2，系統機械能守恆．

（3）系統重力勢能的減小量△Ep=mgL=0.02×9.8×1.60=0.314J．

系統動能的增加量△Ek=（M+m）（）2﹣（M+m）（）2=×（0.18+0.02）×[（）2﹣（）2]J=0.300J

故*為：

（1）=．（2）．（3）0.314，0.300．

點評：  解決本題的關鍵掌握實驗的原理，即驗*系統重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等，以及掌握極限思想在物理中的運用．

知識點：機械能守恆定律

題型：實驗,探究題