Question

20．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．

（1）某同学用游标卡尺测得遮光条（图乙）的宽度d=0.540cm；
（2）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门所花时间为△t=1.2×10^-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为（用游标卡尺的测量结果计算）为0.45m/s（保留二位有效数字）．
（3）在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和滑块的质量M（用文字说明并用相应的字母表示）．
（4）本实验通过比较mgs和$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．

Answer 1

分析 游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．通过很短时间内的平均速度等于瞬时速度去求块经过光电门时的瞬时速度．通过系统动能的增加是否等于系统重力势能的减小，来确定测量哪些物理量．

解答 解：（1）主尺：5mm，游标尺：对齐的是8，所以读数为：8×0.05mm=0.40mm，故遮光条宽度d=5.40mm=0.540cm，
（2）滑块经过光电门时的瞬时速度为：
v=$\frac{d}{△t}$=$\frac{0.0054}{0.012}$m/s=0.45m/s．
（3）（4）设遮光条前进了s，钩码的重力势能减少了mgs，系统动能增加了$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²，
所以我们可以通过比较mgs和$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²的大小来验证机械能守恒定律．
还需要测量的物理量有滑块的质量M．
故答案为：（1）0.540
（2）0.45
（3）mgs；$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{△t}$）²

点评 常用仪器的读数要掌握，这是物理实验的基础．处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项．