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避光条（图乙）的宽度d=5.40mm；
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的时间△t=1.5×10^-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为（用游标卡尺测量结果计算）3.6m/s．
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 掌握游标卡尺的读数方法，即主尺读数加上游标读数，不需估读；本实验中由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度大小；
该实验需要比较钩码重力势能的减小量和系统动能的增加量之间的关系，因此还需要的器材是天平．

解答 解：（1）游标卡尺主尺读数为0.5cm=5mm，游标尺上第8个刻度与主尺上某一刻度对齐，则游标读数为8×0.05=0.40mm，
所以最终读数为：5mm+0.40mm=5.40mm；
（2）由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为：
v=$\frac{0.054}{0.015}$=3.6m/s
（3）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．
需要测量的物理量有：滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s，滑块的质量M；
（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．
故答案为：（1）5.40
（2）3.6
（3）滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s；滑块的质量M
（4）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．