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实验：验证机械能守恒定律
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用如图1所示实验装置验证机械能守恒定律．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为m，遮光片两条竖边与导轨垂直；导轨上B点处有一
网友投稿 2022-11-10 00:00:00 零零社区
◎ 题目
用如图1所示实验装置验证机械能守恒定律．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为m，遮光片两条竖边与导轨垂直；导轨上B点处有一光电门，测得遮光片经过光电门时的挡光时间为t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点间的距离．将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，用g表示重力加速度．完成下列填空和作图：
（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片组成的系统重力势能的减小量表示为△E
P
=______．动能的增加量表示为△E
k
=______．在滑块运动过程中若机械能守恒，则与s的关系式为=______．
（2）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：
1
2
3
4
5
s/m
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
t/ms
8.22
7.17
6.44
5.85
5.43
/10
4
s
-2
1.48
1.95
2.41
2.92
3.39
以s为横坐标，为纵坐标，在如图2的坐标纸中已经描出2、3、4数据点；请描出第1和第5个数据点，并根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率：k=______×10
4
m
-1
?s
-2
（保留3位有效数字）．实验中，除了必须测量g、d和h的数值外，还应测量______的数值，并用上述测量量表达k
0
=______，计算出k
0
的值，然后将k和k
0
进行比较，若其差值在实验误差允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律．
◎ 答案
（1）根据几何关系可得导轨倾角sinθ=
h
d
当滑块运动到B点时下降高度
h′=s?sinθ=
sh
d
，
滑块从A到B过程中系统重力势能减少量为
△
E
P
=mgh′=
mghs
d
滑块速度为v=
b
t
，所以系统动能增加量
△
E
K
=
1
2
m
v
2
=
m
b
2
2
t
2
．
若机械能守恒应有△E
P
=△E
K
，将上式代入整理可得
1
t
2
=
ghs
b
2
d
（2）描点、连线如图所示，
在图中直线上取相距较远的两点，读出两点坐标，由k=可得：
k=2.40×10
4
m
-1
?s
-2
；
根据（1）的分析可知，要验证机械能守恒，需有：
1
t
2
=
ghs
b
2
d
，所以实验中，除了必须测量g、d和h的数值外，还应测量遮光片的宽度b的数值．
并用上述测量量表达k
0
=
gh
b
2
d
．
故答案为：（1）
mghs
d
，
m
b
2
2
t
2
，
1
t
2
=
ghs
b
2
d
；（2）2.4）×10
4
m
-1
?s
-2
（2.30～2.50）×10
4
m
-1
?s
-2
都同样给分．遮光片的宽度b，
gh
b
2
d
．
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“用如图1所示实验装置验证机械能守恒定律．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为m，遮光片两条竖边与导轨垂直；导轨上B点处有一…”主要考查了你对 【实验：验证机械能守恒定律】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202211/371313.html
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