Question

(10分)利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖1所示：
      
（1）實驗步驟：
①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于lm，將導軌調至水平；
②用游標卡尺測量擋光條的寬度L，結果如圖2所示，由此讀出L=           mm；
③由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離S；
④將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；
⑤從數字計時器（圖1中未畫出）上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間△t₁和△t₂；
⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m．
（2）用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達式：
①當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為E_k1=          和E _k2=           ．
②在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統重力勢能的減少量△E_P=       （重力加速度為g）．
（3）如果在實驗誤差允許的范圍內，△E_P=            ，則可認為驗證了機械能守恒定律．

Answer 1

（1）  9.30
（2）E_k1=    E _k2=    △E_P=mgS
（3）△E_P=   

試題分析：游標卡尺讀數：主尺（ 9mm）+精確度（）×與主尺對齊刻線（6）＝9.30mm.
由于擋光條通過光電門的時間短，可以粗略處理為勻速，由得，通過光電門1、2的速度分別為： ，根據得：當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為，。根據重力做功與重力勢能的變化關系：系統重力勢能的減少量為mgs，在誤差允許的范圍內，減少的重力勢能應等于增加的動能即：