某实验小组利用平抛运动来验证机械能守恒定律，实验装置见图（1）。实验时使用频闪仪和照相机进行拍摄，频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，某次拍摄得到的照片如图（2）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中背景是竖直放置的方格纸板，且与小球轨迹所在平面平行，方格边长为1cm。竖直放置的刻度尺的零刻度线与小球离开轨道末端时的球心O对齐，当地的重力加速度为，小球的质量为100g。

1. 某实验小组利用平抛运动来验证机械能守恒定律，实验装置见图（1）。实验时使用频闪仪和照相机进行拍摄，频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，某次拍摄得到的照片如图（2）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中背景是竖直放置的方格纸板，且与小球轨迹所在平面平行，方格边长为1cm。竖直放置的刻度尺的零刻度线与小球离开轨道末端时的球心O对齐，当地的重力加速度为 $\text{[math]}$ ，小球的质量为100g。

(1) 小球球心在A点时的读数如图（3）所示，则小球从O到A的竖直高度差为cm，该过程小球重力势能的减少量 $\text{[math]}$ J（该结果保留3位有效数字）；

(2) 由图（2）可知，该小球做平抛运动的初速度大小为m/s，从O到A，动能的增加量 $\text{[math]}$ J（结果均保留3位有效数字）；

(3) 分析数据，可以初步得出结论：；

(4) 为了得到普遍规律，小组内其他同学采用相同方法进行实验，分析数据时，发现 $\text{[math]}$ ，你认为出现此问题的原因可能是____________。 A. 斜槽粗糙且没有让小球从同一高度由静止释放 B. 斜槽末端不水平 C. 运动过程中受到空气阻力 D. 刻度尺零刻度线低于小球离开轨道末端时的球心O的位置

【考点】

验证机械能守恒定律;

【答案】

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实验探究题普通

1. 为了验证机械能守恒定律，某同学选用了如图甲所示的实验装置。重力加速度大小为g。

(1) 将气垫导轨固定在水平桌面上，在导轨上装上两个光电门1、2，测得两光电门间的距离为L，将遮光片固定在滑块上，用天平测量出滑块及遮光片（以下称为滑块）的总质量M，用游标卡尺测出遮光片的宽度，如图乙所示，则遮光片的宽度d=mm。

(2) 调整气垫导轨水平时，可将滑块放置在气垫导轨上，打开气源，轻推滑块，若滑块做（填“匀速”“匀加速”或“匀减速”）直线运动，则说明导轨水平。绕过导轨左端定滑轮的细线，一端连接一质量为m的砝码，另一端连在滑块上，先将滑块固定在气垫导轨右侧；调节定滑轮的高度，使连接滑块的细线与气垫导轨平行。

(3) 释放滑块，滑块上的遮光片通过光电门1、2时的遮光时间分别为t₁、t₂ ，若mgL=（用题中所给的物理量符号表示），则说明系统机械能守恒。

实验探究题普通

2. 如图甲所示的实验装置可用来验证机械能守恒定律。轻杆两端固定两个大小相同但质量不等的小球P、Q，杆的正中央有一光滑的水平转轴O，使得杆能在竖直面内自由转动。O点正下方有一光电门，小球球心通过轨迹最低点时，恰好通过光电门，已知重力加速度为g。

（1）用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径d=cm。

（2）P、Q从水平位置静止释放，当小球P通过最低点时，与光电门连接的数字计时器显示的挡光时间为Δt，则小球P经过最低点时的速度v=（用字母表示）。

（3）若两小球P、Q球心间的距离为L，小球P的质量为M，小球Q质量为m（M>m），当满足关系式时，就验证了机械能守恒定律（所有物理量用题中字母表示）。

实验探究题普通

3. 如图所示为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置，主要实验步骤如下：

a．将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。

b．在导轨上间隔一定距离设置两个光电门1和2。

c．用天平测出滑块和遮光条的质量m。

d．在导轨的某一脚螺丝下垫上一定厚度的垫片，让滑块从最高处由静止开始下滑，用数字计时器测出滑块经过光电门1和2时，遮光条的遮光时间t₁和t₂。

e．取下垫片，用游标卡尺测量所用垫片的厚度h和遮光条的宽度d。

f．用钢卷尺测量单脚螺丝到双脚螺丝连线的距离L。

g．……

请回答下列问题：（已知当地重力加速度为g）

(1) 实验时，气垫导轨的（填“单脚”或“双脚”）端需用垫片垫高。

(2) 为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？（写出物理量及字母）。

(3) 用游标卡尺测量遮光条宽度时，测量结果如图乙所示，则d = mm。

(4) 若要得出机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系？（用题干所给字母及第（2）问中测量的物理量表示）。

实验探究题普通