某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．当气垫导轨正常工作时导轨两侧喷
某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．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...
某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．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）当采用图甲的实验装置进行实验时，下列说法中正确的是______A．滑块P机械能守恒B．钩码Q机械能守恒C．滑块P和钩码Q组成的系统机械能守恒D．以上三种说法都正确（2）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．（3）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由图甲所示位置释放，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．（4）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）
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（1）该实验装置验证滑块P和钩码Q组成的系统机械能是否守恒，对于单个P和Q，机械能不守恒．故选：C．
（2）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．
（3）要验证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．
（4）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]=0.300J．
故答案为：（1）C，（2）=，
（3）mgL=
（M+m）（
）2-
（M+m）（
（2）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．
（3）要验证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=
| d |
| △t2 |
| d |
| △t1 |
滑块和砝码组成的系统动能的增加量△Ek=
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t2 |
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t1 |
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=
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t2 |
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t1 |
（4）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=
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t2 |
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t1 |
| 1 |
| 2 |
| 8.4×10?3 |
| 4.2×10?3 |
| 8.4×10?3 |
| 8.4×10?3 |
故答案为：（1）C，（2）=，
（3）mgL=
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t2 |
| 1 |
| 2 |
| d |
| △t1 | <
