Question

【题目】气垫导轨装置是物理学实验的重要仪器，可以用来“研究匀变速直线运动”、“ 验证机械能守恒定律”、“ 探究动能定理”等。

(1)某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中，用如图所示的气垫导轨装置来测小车的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2，则滑块的加速度可以表示为a=___________________ （用题中所给物理量表示）。

(2)该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可忽略，所以可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为验证机械能守恒定律还需测量的物理量是________________和_______________ 。机械能守恒的表达式为______________________。 用题中所给物理量和测量的物理量表示）。

(3)该学习小组在控制沙桶的质量m远远小于滑块的质量M的前提下，忽略滑块在气垫导轨上运动时所受的阻力，探究动能定理，若由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离s，窄遮光板的宽度为d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为T1、T2，滑块在通过两个光电门过程中合外力做功为______________。滑块动能变化为___________________。

Answer 1

【答案】 滑块的质量M 沙桶的质量m mgs

【解析】（1）由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度．滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1=，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2=．根据v22-v12=2aL得，

（2）系统的总动能变化分别为： ；
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=mgL；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．所以本实验还需要用仪器测量的物理量是滑块和挡光条的总质量M、沙桶的总质量m，机械能守恒的表达式

（3）砂桶的质量m远小于滑块的质量M，忽略滑块在气垫导轨上运动时所受的阻力，可以认为滑块所受合外力等于mg，则合外力做功为mgs；遮光板依次通过两个光电门的速度分别为v1=和v2=，滑块动能变化为：△Ek=Mv22-Mvv12=