某研究*学习小组利用气垫导轨验*机械能守恒定律,实验装置如图*所示.当气垫导轨正常工作时导轨两侧喷出的气体使滑...
问题详情:
某研究*学习小组利用气垫导轨验*机械能守恒定律,实验装置如图*所示.当气垫导轨正常工作时导轨两侧喷出的气体使滑块悬浮在导轨上方,滑块运动时与导轨间的阻力可忽略不计.在气垫导轨上相隔一定距离L的两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一遮光条,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出高电压,两光电传感器采集数据后与计算机相连.滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图线.
(1)实验前,接通电源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的△t1 △t2(选填“>”“=”或“<”)时,说明气垫导轨已经水平.
(2)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连,将滑块P由图*所示位置释放,通过计算机得到的图象如图乙所示,若△t1、△t2、遮光条宽度d、滑块质量M、钩码质量m、A、B间距L已知,若上述物理量间满足关系式 ,则表明在上述过程中,滑块和钩码组成的系统机械能守恒.
(3)若遮光条宽度d=8.400mm,A、B间的距离L=160.00cm,△t1=8.40×10﹣3s,△t2=4.20×10﹣3s,滑块质量M=180g,钩码Q质量m=20g,则滑块从A运动到B的过程中系统势能的减少量△Ep J,系统动能的增量△Ek= J.(g=9.80m/s2,计算结果保留三位有效数字)
【回答】
考点: 机械能守恒定律.
专题: 机械能守恒定律应用专题.
分析: (1)遮光条经过光电传感器A、B时间相同,说明滑块匀速运动,气垫导轨已经水平.
(2)要验*滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量,结合原理确定需要测量的物理量.根据滑块和砝码组成的系统机械能守恒列出关系式.
(3)由高度求出系统势能的减少量△Ep.由公式v=求出滑块通过两个光电门的速度,再求动能的增量.
解答: 解:(1)如果遮光条通过光电门的时间相等,即△t1=△t2,说明遮光条做匀速运动,即说明气垫导轨已经水平.
(2)要验*滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,就应该去求出动能的增加量和重力势能的减小量,光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法.由于光电门的宽度很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
vB=,vA=
滑块和砝码组成的系统动能的增加量△Ek=(M+m)()2﹣(M+m)()2,
滑块和砝码组成的系统重力势能的减小量△Ep=mgL
可知只要满足mgL=(M+m)()2﹣(M+m)()2,系统机械能守恒.
(3)系统重力势能的减小量△Ep=mgL=0.02×9.8×1.60=0.314J.
系统动能的增加量△Ek=(M+m)()2﹣(M+m)()2=×(0.18+0.02)×[()2﹣()2]J=0.300J
故*为:
(1)=.(2).(3)0.314,0.300.
点评: 解决本题的关键掌握实验的原理,即验*系统重力势能的减小量和动能的增加量是否相等,以及掌握极限思想在物理中的运用.
知识点:机械能守恒定律
题型:实验,探究题