問題詳情:
某研究*學習小組利用氣墊導軌驗*機械能守恆定律,實驗裝置如圖*所示.當氣墊導軌正常工作時導軌兩側噴出的氣體使滑塊懸浮在導軌上方,滑塊運動時與導軌間的阻力可忽略不計.在氣墊導軌上相隔一定距離L的兩處安裝兩個光電傳感器A、B,滑塊P上固定一遮光條,若光線被遮光條遮擋,光電傳感器會輸出高電壓,兩光電傳感器採集數據後與計算機相連.滑塊在細線的牽引下向左加速運動,遮光條經過光電傳感器A、B時,通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖線.
(1)實驗前,接通電源,將滑塊(不掛鈎碼)置於氣墊導軌上,輕推滑塊,當圖乙中的△t1 △t2(選填“>”“=”或“<”)時,説明氣墊導軌已經水平.
(2)滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質量為m的鈎碼Q相連,將滑塊P由圖*所示位置釋放,通過計算機得到的圖象如圖乙所示,若△t1、△t2、遮光條寬度d、滑塊質量M、鈎碼質量m、A、B間距L已知,若上述物理量間滿足關係式 ,則表明在上述過程中,滑塊和鈎碼組成的系統機械能守恆.
(3)若遮光條寬度d=8.400mm,A、B間的距離L=160.00cm,△t1=8.40×10﹣3s,△t2=4.20×10﹣3s,滑塊質量M=180g,鈎碼Q質量m=20g,則滑塊從A運動到B的過程中系統勢能的減少量△Ep J,系統動能的增量△Ek= J.(g=9.80m/s2,計算結果保留三位有效數字)
【回答】
考點: 機械能守恆定律.
專題: 機械能守恆定律應用專題.
分析: (1)遮光條經過光電傳感器A、B時間相同,説明滑塊勻速運動,氣墊導軌已經水平.
(2)要驗*滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恆,就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量,結合原理確定需要測量的物理量.根據滑塊和砝碼組成的系統機械能守恆列出關係式.
(3)由高度求出系統勢能的減少量△Ep.由公式v=求出滑塊通過兩個光電門的速度,再求動能的增量.
解答: 解:(1)如果遮光條通過光電門的時間相等,即△t1=△t2,説明遮光條做勻速運動,即説明氣墊導軌已經水平.
(2)要驗*滑塊和砝碼組成的系統機械能是否守恆,就應該去求出動能的增加量和重力勢能的減小量,光電門測量瞬時速度是實驗中常用的方法.由於光電門的寬度很小,所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度.
vB=,vA=
滑塊和砝碼組成的系統動能的增加量△Ek=(M+m)()2﹣(M+m)()2,
滑塊和砝碼組成的系統重力勢能的減小量△Ep=mgL
可知只要滿足mgL=(M+m)()2﹣(M+m)()2,系統機械能守恆.
(3)系統重力勢能的減小量△Ep=mgL=0.02×9.8×1.60=0.314J.
系統動能的增加量△Ek=(M+m)()2﹣(M+m)()2=×(0.18+0.02)×[()2﹣()2]J=0.300J
故*為:
(1)=.(2).(3)0.314,0.300.
點評: 解決本題的關鍵掌握實驗的原理,即驗*系統重力勢能的減小量和動能的增加量是否相等,以及掌握極限思想在物理中的運用.
知識點:機械能守恆定律
題型:實驗,探究題