Question

8．氣墊導軌上相隔一定距離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，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連．滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)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變化的圖象．

（1）實驗前，按通氣源，將滑塊（不掛鉤碼）置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的△t₁=△t₂（選填“＞”、“=”或“＜”）時，說明氣墊導軌已經(jīng)水平．用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結果如圖丙所示，則d=8.474mm．
（2）將滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機得到的圖象如圖乙所示，若△t₁、△t₂、m和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，還應測出滑塊質(zhì)量M和兩光電門間的距離L（寫出物理量的名稱及符號）．
（3）若上述物理量間滿足關系式mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac0mqokqy{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracu0mmkak{{△t}_{1}}$）²，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒．（重力加速度為g）
（4）在對數(shù)據(jù)進行處理時，發(fā)現(xiàn)關系式兩邊結果并不嚴格相等，其原因可能是受到了阻力的作用．（寫出一種即可）

Answer 1

分析 （1）如果遮光條通過光電門的時間相等，說明遮光條做勻速運動，即說明氣墊導軌已經(jīng)水平．螺旋測微器的讀數(shù)方法是固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，在讀可動刻度讀數(shù)時需估讀．
（2）要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量，根據(jù)這兩個量求解．
（3）滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒列出關系式．
（4）分析下落過程中的受力情況，則可得出誤差的形成原因．

解答 解：（1）如果遮光條通過光電門的時間相等，說明遮光條做勻速運動，即說明氣墊導軌已經(jīng)水平．
螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為8mm，可動刻度讀數(shù)為0.01×47.4mm=0.474mm，所以最終讀數(shù)為：8mm+0.474mm=8.474mm．
（2）要驗證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，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．由于光電門的寬度很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度．
v_B=$\frac2skouum{{△t}_{2}}$，v_A=$\frackqsqww0{{△t}_{1}}$
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動能的增加量為：△E_k=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fraceeuywo0{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracckucugm{{△t}_{1}}$）²．
滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)動能的重力勢能的減小量為：△E_p=mgL
所以還應測出滑塊質(zhì)量M，兩光電門間距離L．
（3）如果系統(tǒng)動能的增加量等于系統(tǒng)重力勢能的減小量，那么滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機械能守恒．即：
mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac0kkqcs2{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracuqskisc{{△t}_{1}}$）²
（4）由于重物在下落過程中受到了空氣阻力及紙帶與傳送帶之間的摩擦力等阻力作用，使重力勢能的減小量大于動能的增加量；
故答案為：（1）=，8.476（在8.475-8.477之間均算對）
（2）滑塊質(zhì)量M，兩光電門間的距離L
（3）mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac0w2emew{{△t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\fracqk0ow0s{{△t}_{1}}$）²
（4）受到了阻力作用．

點評 掌握螺旋測微器的讀數(shù)方法．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．