Question

【題目】氣墊導軌裝置是物理學實驗的重要儀器，可以用來“研究勻變速直線運動”、“ 驗證機械能守恒定律”、“ 探究動能定理”等。

(1)某學習小組在“研究勻變速直線運動”的實驗中，用如圖所示的氣墊導軌裝置來測小車的加速度，由導軌標尺可以測出兩個光電門之間的距離L，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個光電門的時間分別為t1、t2，則滑塊的加速度可以表示為a=___________________ （用題中所給物理量表示）。

(2)該學習小組在測出滑塊的加速度后，經分析討論，由于滑塊在氣墊導軌上運動時空氣阻力很小，可忽略，所以可用上述實驗裝置來驗證機械能守恒定律，為驗證機械能守恒定律還需測量的物理量是________________和_______________ 。機械能守恒的表達式為______________________。 用題中所給物理量和測量的物理量表示）。

(3)該學習小組在控制沙桶的質量m遠遠小于滑塊的質量M的前提下，忽略滑塊在氣墊導軌上運動時所受的阻力，探究動能定理，若由導軌標尺可以測出兩個光電門之間的距離s，窄遮光板的寬度為d，窄遮光板依次通過兩個光電門的時間分別為T1、T2，滑塊在通過兩個光電門過程中合外力做功為______________。滑塊動能變化為___________________。

Answer 1

【答案】 滑塊的質量M 沙桶的質量m mgs

【解析】（1）由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度．滑塊經過光電門1時的瞬時速度的表達式v1=，滑塊經過光電門2時的瞬時速度的表達式v2=．根據v22-v12=2aL得，

（2）系統的總動能變化分別為： ；
在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統勢能的減少△Ep=mgL；如果滿足關系式△Ep=Ek2-Ek1，即系統重力勢能減小量等于動能增加量，則可認為驗證了機械能守恒定律．所以本實驗還需要用儀器測量的物理量是滑塊和擋光條的總質量M、沙桶的總質量m，機械能守恒的表達式

（3）砂桶的質量m遠小于滑塊的質量M，忽略滑塊在氣墊導軌上運動時所受的阻力，可以認為滑塊所受合外力等于mg，則合外力做功為mgs；遮光板依次通過兩個光電門的速度分別為v1=和v2=，滑塊動能變化為：△Ek=Mv22-Mvv12=