Question

氣墊導軌可以在導軌和滑塊之間形成一薄層空氣膜，使滑塊和導軌間的摩擦幾乎為零，因此可以利用氣墊導軌裝置來驗證機械能守恒定律．
（1）如圖所示，做實驗時，將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數字計時器（圖中未畫出），可讀出遮光條通過光電門的時間為△t，用游標卡尺測得遮光條寬度為d，用刻度尺測得釋放位置到光電門中心的距離為x，氣墊導軌總長為L，其最右端離桌面的高度為h，滑塊和遮光條總質量為M，已知重力加速度為g，這一過程中滑塊減少的重力勢能表達式為

 

，滑塊獲得的動能表達式為

 

；（以上表達式均用已知字母表示）
（2）某實驗小組在一次實驗后，通過數據發現，滑塊獲得的動能略大于其減少的重力勢能，可能的原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據物體下降的高度求出重力勢能的減小量，根據較短時間內的平均速度可以代替瞬時速度，求出滑塊通過光電門的速度，從而得出動能的增加量．
（2）根據能量守恒，若存在摩擦，重力勢能的減小量應略大于動能的增加量，現在動能的增加量大于重力勢能的減小量，根據原理分析誤差形成的原因．

解答：解：（1）這一過程滑塊減小的重力勢能△Ep=MgH=Mg

h

L

x，滑塊通過光電門的速度v=

d

△t

，則滑塊獲得動能△Ek=

1

2

Mv2=

1

2

M(

d

△t

)2．
（2）上述過程是重力勢能向動能轉化的過程，因此當滑塊獲得的動能略大于其減少的重力勢能時，其原因可能是釋放時滑塊有初速度、或測量釋放位置到光電門中心的距離x的值偏小、或測量遮光條寬度d偏大．
故答案為：（1）

x

L

Mgh，

1

2

M(

d

△t

)2，釋放時滑塊有初速度、或測量釋放位置到光電門中心的距離x的值偏小、或測量遮光條寬度d偏大．

點評：本題主要利用氣墊導軌構建滑塊、斜面模型，巧設實驗背景，考查了機械能守恒定律的應用問題，屬于中檔題．