[题目]利用气垫导轨验证机械能守恒定律.实验装置如图所示.水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨,导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块.其总质量为M.左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连,遮光片两条长边与导轨垂直,导轨上B点有一光电门.可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t.用d表示A点到光电门B处的距离.b表示遮光片的宽度.将遮光片通过光电门� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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【题目】利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动．

（1）滑块通过B点的瞬时速度可表示为______；

（2）某次实验测得倾角θ=30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为=______，系统的重力势能减少量可表示为 =______，在误差允许的范围内，若=则可认为系统的机械能守恒.

【答案】

【解析】

(1) ）由于光电门的宽度b很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度, 滑块通过光电门B速度为：；

(2) 滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为：

系统的重力势能减少量可表示为：

比较和，若在实验误差允许的范围内相等，即可认为机械能是守恒的。

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（1）求导线中的电流I；

（2）所谓电流做功，实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。为了求解在时间t内电流做功W为多少，小红和小明给出了不同的想法：

小红记得老师上课讲过，W=UIt，因此将第（1）问求出的I的结果代入，就可以得到W的表达式。但是小红不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的。小明提出，既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功，那么应该先求出导线中的恒定电场的场强，即，设导体中全部电荷为q后，再求出电场力做的功，将q代换之后，小明没有得出W=UIt的结果。