【物理】2019届一轮复习人教版实验6　验证机械能守恒定律学案 19页

实验六　验证机械能守恒定律 ‎(对应学生用书第97页)‎ 一、实验目的 验证机械能守恒定律．‎ 二、实验原理 ‎1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律．‎ ‎2．速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vt＝2t.计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如图实61所示．‎ 图实61‎ 三、实验器材 铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)．‎ 四、实验步骤 ‎1．仪器安装 按图实62所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．‎ 图实62‎ ‎2．打纸带 将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3～5次实验．‎ ‎3．选纸带 分两种情况说明 ‎(1)如果根据mv2＝mgh验证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或接近‎2 mm的纸带．若1、2两点间的距离大于‎2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选．‎ ‎(2)如果根据mv－mv＝mgΔh验证时，由于重力势能的变化是绝对的，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为‎2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用．‎ 五、数据处理 ‎1．求瞬时速度 由公式vn＝可以计算出重物下落h1、h2、h3…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…‎ ‎2．验证守恒 方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和v ‎，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝v，则说明机械能守恒定律是正确的．‎ 方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和的值，如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝v－v，则说明机械能守恒定律是正确的．‎ 方法三：图象法，从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2h图线．若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒．‎ 六、误差分析 ‎1．系统误差 本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．‎ ‎2．偶然误差 本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差．减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量时，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．‎ 七、注意事项 ‎1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：‎ ‎(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．‎ ‎(2)应选用质量和密度较大的重锤，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．‎ ‎2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直，接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带．‎ ‎3．验证机械能守恒时，可以不测出重锤质量，只要比较v和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒．‎ ‎4．测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在‎60 cm～‎80 cm之间．‎ ‎5．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒的错误.‎ ‎(对应学生用书第98页)‎ 考点一| 实验原理与操作 ‎　在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4…n.则：‎ 图实63‎ ‎(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为_______________________、_______________、________________________，必须计算出的物理量为____________________、____________________，验证的表达式为_______________________．‎ ‎(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________．(填写步骤前面的字母)‎ A．将打点计时器竖直安装在铁架台上 B．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落 C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验 D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带 E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3，…hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3，…vn F．分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等 ‎[解析](1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26＝mv－mv.‎ ‎(2)实验操作顺序为ADBCEF.‎ ‎[答案](1)第2点到第6点之间的距离h26‎ 第1点到第3点之间的距离h13‎ 第5点到第7点之间的距离h57‎ 第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6‎ mgh26＝mv－mv ‎(2)ADBCEF ‎(2016·北京高考改编)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验．‎ 甲 ‎(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________．‎ A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 ‎(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________．‎ A．交流电源 B．刻度尺 C．天平(含砝码)‎ ‎(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.‎ 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，若测动能变化量应先测出B的速度vB＝________.故ΔEk＝________.‎ 乙 ‎(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．‎ A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 ‎[解析](1)在“验证机械能守恒定律”实验中，重物下落，重力势能减少，动能增加，要验证机械能是否守恒，需比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量大小是否相等，故选A.‎ ‎(2)实验时用到电磁打点计时器，则必须使用交流电源．在计算动能和势能变化量时，需用刻度尺测量位移和重物下落高度．在比较动能变化量和势能变化量是否相等时需验证m(v－v)＝mgh是否成立，而等式两边可约去质量m，故不需要天平．故选A、B.‎ ‎(3)重力势能改变量为ΔEp＝－mghB，由于下落过程是匀加速直线运动，所以根据中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度可得B点的速度为vB＝，所以动能变化量 ΔEk＝mv＝m2.‎ ‎(4)重物在下落过程中，除受重力外还存在空气阻力和摩擦阻力的影响，重物的重力势能要转化为重物的动能和内能，则重力势能的减少量大于动能的增加量，选项C正确．‎ ‎[答案](1)A　(2)AB　(3)－mghB　 m2　(4)C 考点二| 数据处理与误差分析 ‎　(2018·孝感高三冲刺卷)用如图实64甲实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图实63乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知m1＝‎50 g、m2＝‎150 g，则(计算结果保留两位有效数字)‎ 甲 丙 乙 图实64‎ ‎(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s.‎ ‎(2)在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J．为了简化计算．g取‎10 m/s2，则系统势能的减少量ΔEp＝________J.‎ ‎(3)实验结果显示ΔEp>ΔEk，那么造成这一现象的主要原因是_______________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________.‎ ‎(4)在本实验中，若某同学作出了v2h图象，如图丙，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g＝________m/s2. ‎ ‎ [解析](1)v5＝ m/s＝‎2.4 m/s.‎ ‎(2)ΔEk＝(m1＋m2)v－0＝0.58 J ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60 J.‎ ‎(3)因空气阻力、纸带与限位孔间的阻力、滑轮轴间阻力做负功，使系统重力势能的减少量大于系统动能的增加量．‎ ‎(4)由(m2－m1)gh＝(m1＋m2)v2知＝ 即图线的斜率k＝＝ 解得g＝‎9.7 m/s2.‎ ‎[答案](1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)见解析　(4)9.7‎ 某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图乙所示的纸带．选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0＝‎19.00 cm，点A、C间的距离为s1＝‎8.36 cm，点C、E间的距离为s2＝‎9.88 cm，g取‎9.8 m/s2，测得重物的质量为m＝‎1 kg.‎ 甲 ‎(1)下列做法正确的有________．‎ A．图3中两限位孔必须在同一竖直线上 B．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直 C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源 D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 ‎(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是________J，打下C点时重物的速度大小是________m/s.(结果保留三位有效数字)‎ 乙 ‎(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的________．‎ ‎(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是________．(写出一条即可)‎ ‎[解析](1)图甲中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，选项A、B正确；实验时，应先接通打点计时器的电源再放开纸带，选项C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，选项D错误．‎ ‎(2)重物减少的重力势能为ΔEp＝mg(s0＋s1)＝2.68 J，由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知，打下C点时重物的速度为vC＝＝‎2.28 m/s.‎ ‎(3)物体自由下落过程中机械能守恒，可以得出mgs＝mv2，即gs＝v2，所以s图线应是一条过原点的倾斜直线，选项C正确．‎ ‎(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的，克服阻力做功损失了部分机械能，因此实验中重物减小的重力势能总是略大于增加的动能．‎ ‎[答案](1)AB　(2)2.68　2.28 (3)C　(4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力)‎ 考点三| 实验拓展与创新 视角1：实验器材、装置的改进 ‎　　‎ ‎　　‎ 视角2：速度测量方法的改进 由光电门计算速度测量纸带上各点速度 视角3：实验方案的改进 例如：利用竖直上抛运动的闪光照片验证机械能守恒定律．‎ 创新点1　利用平抛运动验证机械能守恒定律 ‎1．(2018·德州模拟)如图实65所示的装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤A拴在长为L的轻绳一端，轻绳另一端固定在O点，在A上放一个质量很小的小铁块，现将摆锤拉起，使绳与竖直方向成θ角，由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P的阻挡而停止运动，之后铁块将飞离摆锤做平抛运动．‎ 图实65‎ ‎(1)为了验证摆锤在运动过程中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度．为了求出这一速度，还应测量的物理量有________．‎ ‎(2)用测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v＝________.‎ ‎(3)用已知的和测得的物理量表示摆锤在运动过程中机械能守恒的关系式为________________．‎ ‎[解析]　设摆锤质量为m，重力对摆锤做功为W＝mgL(1－cos θ)，摆锤在最低点的速度可以用平抛运动的知识求解，h＝gt2，s＝vt，解得v＝s，为了求出摆锤在最低点的速度，实验中还应测量的物理量有：摆锤遇到挡板之后铁块的水平位移s和竖直下落高度h.由mgL(1－cos θ)＝mv2可知，表示摆锤在运动过程中机械能守恒的关系式为＝L(1－cos θ)．‎ ‎[答案](1)摆锤遇到挡板之后铁块的水平位移s和竖直下落高度h ‎(2)s　(3)＝L(1－cos θ)‎ 创新点2　利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律 ‎2．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图实66所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表．(当地重力加速度取‎9.8 m/s2，小球质量m＝‎0.2 kg，结果保留3位有效数字)‎ 图实66‎ 时刻 t2‎ t3‎ t4‎ t5‎ 速度(m/s)‎ ‎4.99‎ ‎4.48‎ ‎3.98‎ ‎(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s；‎ ‎(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J；‎ ‎(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证了机械能守恒定律．由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是 ‎_______________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________.‎ ‎[解析](1)v5＝×10－‎2 m/s＝‎3.48 m/s.‎ ‎(2)重力势能的增量ΔEp＝mgΔh，代入数据可得ΔEp＝1.24 J，动能减少量为ΔEk＝mv－mv，代入数据可得ΔEk＝1.27 J.‎ ‎(3)由计算可得ΔEp<ΔEk，主要是由于存在空气阻力．‎ ‎[答案](1)3.48　(2)1.24　1.27‎ ‎(3)<　存在空气阻力 创新点3　利用光电计时器验证机械能守恒定律 ‎3. 某同学用如图实67所示的装置验证机械能守恒定律．一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点．光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d 的遮光条．将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝作为钢球经过A点时的速度．记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒．‎ 图实67‎ ‎(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离．‎ A．钢球在A点时的顶端 B．钢球在A点时的球心 C．钢球在A点时的底端 ‎(2)用ΔEk＝mv2计算钢球动能变化的大小．用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图实68所示，其读数为________cm.某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s．则钢球的速度为v＝________ m/s.‎ 图实68‎ ‎(3)下表为该同学的实验结果：‎ ΔEp(×10－2J)‎ ‎4.892‎ ‎9.786‎ ‎14.69‎ ‎19.59‎ ‎29.38‎ ΔEk(×10－2J)‎ ‎5.04‎ ‎10.1‎ ‎15.1‎ ‎20.0‎ ‎29.8‎ 他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的．你是否同意他的观点？请说明理由．‎ ‎(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议．‎ ‎[解析](1)高度变化要比较钢球球心的高度变化．(2)毫米刻度尺读数时要估读到毫米下一位，由v＝代入数据可计算出相应速度．(3)从表中数据可知ΔEk＞ΔEp，若有空气阻力，则应为ΔEk＜ΔEp，所以不同意他的观点．‎ ‎(4)实验中遮光条经过光电门时的速度大于钢球经过A点时的速度，因此由ΔEk＝mv2计算得到的ΔEk偏大，要减小ΔEp与ΔEk的差异可考虑将遮光条的速度折算为钢球的速度．‎ ‎[答案](1)B　(2)1.50(1.49～1.51都算对)　1.50(1.49～1.51都算对)　(3)不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp　(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v′＝v 创新点4　利用多个物体验证机械能守恒定律 ‎4．(2018·珠海模拟)用如图实69所示装置可验证机械能守恒定律，轻绳两端系着质量相等的物块A、B，物块B上放一金属片C，铁架台上固定一金属圆环，圆环处在物块B的正下方．开始时，金属片C与圆环间的高度为h，A、B、C由静止开始运动．当物块B穿过圆环时，金属片C被搁置在圆环上，两光电门分别固定在铁架台P1、P2处，通过数字计时器可测出物块B从P1旁运动到P2旁所用时间t，已知重力加速度为g.‎ 图实69‎ ‎(1)若测得P1、P2之间的距离为d，则物块B刚穿过圆环后的速度v＝________.‎ ‎(2)若物块A、B的质量均用M表示，金属片C的质量用m表示，该实验中验证了下面选项________中的等式成立，即可验证机械能守恒定律．‎ A．mgh＝Mv2‎ B．mgh＝Mv2‎ C．mgh＝(‎2M＋m)v2‎ D．mgh＝(M＋m)v2‎ ‎(3)本实验中的测量仪器除了刻度尺、数字计时器外，还需要________．‎ ‎(4)改变物块B的初始位置，使物块B从不同的高度由静止下落穿过圆环，记录每次金属片C与圆环间的高度h以及物块B从P1旁运动到P2旁所用时间t，则以h为纵轴，以________(填“t‎2”‎或“”)为横轴，通过描点作出的图线是一条过原点的直线，该直线的斜率k＝________(用m、g、M、d表示). ‎ ‎ [解析](1)A、B两物块质量相等，当物块B通过圆环、金属片C被搁置在圆环上后，A、B均做匀速直线运动，故v＝.‎ ‎(2)A、B、C从开始运动至金属片C被搁置在圆环上的过程中，系统损失的重力势能为ΔEp＝mgh，系统增加的动能为ΔEk＝(‎2M＋m)v2，只要ΔEp＝mgh＝ΔEk＝(‎2M＋m)v2，即可验证机械能守恒定律，C正确．‎ ‎(3)从第(2)问验证的表达式分析，速度可由v＝求解，质量需要用天平来测量．‎ ‎(4)将v＝代入mgh＝(‎2M＋m)v2得mgh＝‎ (‎2M＋m)()2，即h＝，所以应以为横轴，h图线的斜率为k＝.‎ ‎[答案](1)　(2)C　(3)天平　(4)　 ‎[随堂训练]‎ ‎1．某同学用图实610(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度为g＝‎9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图实610(b)所示．纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值．回答下列问题(计算结果保留三位有效数字)‎ 图实610‎ ‎(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB＝______m/s；‎ ‎(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据．‎ ‎[解析](1)由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知vB＝，由电源频率为50 Hz可知T＝0.02 s，代入其他数据可解得vB＝‎3.90 m/s.‎ ‎(2)本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律，只要在误差允许范围内，重物重力势能的减少等于其动能的增加，即可验证机械能守恒定律．选B点分析，由于mv≈‎7.61m，mghB＝‎7.700m，故该同学的实验结果近似验证了机械能守恒定律．‎ ‎[答案](1)3.90　(2)≈7.61(m/s)2，ghB＝7.70(m/s)2，因为mv≈mghB，近似验证了机械能守恒定律 ‎2．在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图实611所示．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位cm)．‎ 图实611‎ ‎(1)这三个数据中不符合读数要求的是________，应记作________cm.‎ ‎(2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝‎9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为________，而动能的增加量为______，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示．)这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量，原因是______________．‎ ‎[解析]　本实验测量长度用的是毫米刻度尺，故三个数据中15.7是不合理的，应记做15.70，最后一位是估读；O点到B点的距离h＝‎12.54 cm，故减少的势能ΔEp＝mgh＝‎1.23m；计算O点到B点的动能增加量，应先计算出B点的瞬时速度vB，由图可知：‎ vB＝＝ m/s＝‎1.5475 m/s，故ΔEk＝mv＝‎‎1.20m 由以上数据可知ΔEp＞ΔEk，其原因在于纸带与限位孔之间有摩擦或空气阻力对实验也带来影响．‎ ‎[答案](1)15.7　15.70　(2)‎1.23m　‎1.20m　大于　有阻力做负功 ‎3．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图实612所示：‎ 图实612‎ ‎(1)实验步骤：‎ ‎①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于‎1 m，将导轨调至水平；‎ ‎②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝‎9.30 mm；‎ ‎③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝______cm；‎ ‎④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；‎ ‎⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；‎ ‎⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.‎ ‎(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：‎ ‎①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.‎ ‎②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.‎ ‎③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g)．‎ ‎(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律. ‎ ‎ [解析](1)由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 s＝‎80.30 cm－‎20.30 cm＝‎60.00 cm.‎ ‎(2)由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度看作瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为，则通过光电门1时瞬时速度为，通过光电门2时瞬时速度为.‎ 由于质量事先已用天平测出，由公式Ek＝mv2可得：系统通过光电门1时动能Ek1＝(M＋m)2，系统通过光电门2时动能Ek2＝(M＋m)2.末动能减初动能可得动能的增加量．‎ 两光电门中心之间的距离s即砝码和托盘下落的高度，系统势能的减小量ΔEp＝mgs，最后对比Ek2－Ek1与ΔEp数值大小，在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律．‎ ‎[答案](1)③60.00(59.96～60.04)‎ ‎(2)①　　②(M＋m)2‎ (M＋m)2　③mgs　(3)Ek2－Ek1、‎