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    6．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象．

    （1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）至于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的△t1=t2（选填“大于”、“等于”或“小于”）时，说明气垫导轨已经水平．
    （2）用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=8.474mm．
    （3）滑块P用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若△t1、△t2、m、g和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出滑块质量M和两光电门间距离L（写出物理量的名称及符号）．
    （4）若上述物理量间满足关系式mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）2，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒．

    分析 （1）如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
    （2）螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读．
    （3）要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，根据这两个量求解．
    （4）滑块和砝码组成的系统机械能守恒列出关系式．

    解答 解：（1）如果遮光条通过光电门的时间相等，说明遮光条做匀速运动，即说明气垫导轨已经水平．
    （2）螺旋测微器的固定刻度读数为8mm，可动刻度读数为0.01×47.4mm=0.474mm，所以最终读数为：8mm+0.474mm=8.474mm．
    （3）要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量，
    光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．由于光电门的宽度很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
    vB=$\frac{d}{△{t}_{2}}$，vA=$\frac{d}{△{t}_{1}}$
    滑块和砝码组成的系统动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）2．
    滑块和砝码组成的系统动能的重力势能的减小量△Ep=mgL
    所以还应测出滑块质量M，两光电门间距离L．
    （4）如果系统动能的增加量等于系统重力势能的减小量，那么滑块和砝码组成的系统机械能守恒．
    即：mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）2．
    故答案为：（1）=；（2）8.474；（3）滑块质量M，两光电门间距离L；（4）mgL=$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（m+M）（$\frac{d}{△{t}_{1}}$）2．

    点评 掌握螺旋测微器的读数方法．
    了解光电门测量瞬时速度的原理．
    实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面．

    练习册系列答案
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