Question

【題目】如圖，氣墊導軌上滑塊的質量為M，鉤碼的質量為m，遮光條寬度為d，兩光電門間的距離為L，氣源開通后滑塊在牽引力的作用下先后通過兩個光電門的時間為△t1和△t2。當地的重力加速度為g。

（1）用上述裝置測量滑塊加速度的表達式為 （用已知量表示）；

（2）用上述裝置探究滑塊加速度a與質量M及拉力F的關系，要使繩中拉力近似等于鉤碼的重力，則m與M之間的關系應滿足 ；

（3）用上述裝置探究系統在運動中的機械能關系，滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中滿足關系式 時（用已知量表示），系統機械能守恒。若測量過程中發現系統動能增量總是大于鉤碼重力勢能的減少量，可能的原因是 。

Answer 1

【答案】（1）；（2）M>>m ；（3）；導軌不水平，右端高

【解析】

試題（1）根據遮光板通過光電門的速度可以用平均速度代替得：滑塊通過第一個光電門時的速度：；滑塊通過第二個光電門時的速度：；滑塊的加速度：

（2）當滑塊質量M遠大于鉤碼質量m 時，細線中拉力近似等于鉤碼重力．

（3）實驗原理是：求出通過光電門1時的速度v1，通過光電門2時的速度v2，測出兩光電門間的距離L，在這個過程中，減少的重力勢能能：△Ep=mgL，增加的動能為：（M+m）v22-（M+m）v12

我們驗證的是：△Ep與△Ek的關系，即驗證：△Ep=△Ek代入得：

mgL=（M+m）v22-（M+m）v12

即

將氣墊導軌傾斜后，由于滑塊的重力勢能的增加或減少沒有記入，故增加的動能和減少的重力勢能不相等：若右側高，系統動能增加量大于重力勢能減少量．