Question

气垫导轨是中学物理实验中的常用仪器，与其他仪器相结合可以完成很多实验。气垫导轨接通气源后，与之配套的滑块就可以在导轨上无摩擦地滑动。现利用这套设备与其他仪器相结合测量一个被压缩的轻质短弹簧的弹性势能，实验步骤如下：

a.接通气源，调节导轨水平；

b.按如图所示放置滑块A、B和已被细线拴紧的轻弹簧，并测出滑块A与左端挡板P的距离L₁和滑块B与右端挡板Q的距离L₂；

c.烧断细线，弹簧将两滑块左右弹开，分别测出A到P的时间t₁和B到Q的时间t₂。

(1)实验中，使用滑块如何检验接通气源的导轨是否水平。_________________(不超过20个字)

(2)本实验还须测量的物理量是(并写出相应物理量的字母，以备下面使用_____________。

(3)用上述实验数据写出该弹簧弹性势能的表达式为_____________________。

Answer 1

(1)将滑块轻放在导轨上，看滑块能否保持静止

(2)两个滑块的质量M_A和M_B

(3)

解析：(1)滑块放在接通气源的导轨上(因无摩擦)，仅受重力G和导轨对它的支持力N，若导轨不水平，则此二力不平衡，合力不为0，滑块将由静止开始运动。只有当导轨是水平的，N、G二力才能平衡，滑块放于其上才能处于静止状态。

故检验方法是：将滑块轻放在导轨上，看滑块能否静止。

(2)烧断细线后，弹簧将其弹性势能逐渐释放出来，转化为A、B两滑块的动能。当弹簧恢复原长时，弹性势能全部释放出来，此时A、B两滑块的动能和，故只要求出此时A、B两滑块的动能和最大，就可知道被压缩弹簧的弹性势能E_p。

设A、B被弹出后的速度分别为v_A、v_B,A、B两滑块质量分别为M_A、M_B，则E_p=                                           ①

A、B被弹出后在导轨上做匀速运动，则

v_A=                                                 ②

综合①②得：

E_P=

L₁、L₂、t₁、t₂均已测出故还须测量的物理量是两滑块的质量M_A、M_B。

(3)由(2)中分析得弹簧弹性势能

E_p=M_A。