Question

【題目】某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證動(dòng)能定理，他們在實(shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙。當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上空的沙桶時(shí)，釋放沙桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)。若你是小組中的一位成員，要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。重力加速度為g

（1）你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有______和______。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊受到的合力與沙桶的總重力大小基本相等，細(xì)沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是____________________，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是_______________。

（3）在（2）的基礎(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量為M。往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，用天平稱出此時(shí)細(xì)沙和沙桶的總質(zhì)量為m。讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng)。用計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v1與v2（v1＜v2）。則本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______________。（用題中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測量得到的物理量）

Answer 1

【答案】（1）刻度尺、天平；

（2）m＜＜M，平衡摩擦力；

（3）mgL=M﹣M

【解析】試題分析：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，得到需要驗(yàn)證的表達(dá)式，從而確定需要的器材；

（2）實(shí)驗(yàn)要測量滑塊動(dòng)能的增加量和合力做的功，用沙和沙桶的總質(zhì)量表示滑塊受到的拉力，對滑塊受力分析，受到重力、拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，必須使重力的下滑分量等于摩擦力；同時(shí)重物加速下降，處于失重狀態(tài)，故拉力小于重力，可以根據(jù)牛頓第二定律列式求出拉力表達(dá)式分析討論；

（3）實(shí)驗(yàn)要測量滑塊動(dòng)能的增加量和合力做的功，求出合力的功和動(dòng)能的增加量即可．

解：（1）實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證動(dòng)能增加量和總功是否相等，故需要求出總功和動(dòng)能，故還要天平和刻度尺；

（2）沙和沙桶加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細(xì)線的拉力小于重力，設(shè)拉力為T，根據(jù)牛頓第二定律，有

對沙和沙桶，有 mg﹣T=ma

對滑塊，有 T=Ma

解得

T=mg

故當(dāng)M＞＞m時(shí)，有T≈mg

滑塊下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，故可以將長木板的一段墊高；

（3）總功為：mgL

動(dòng)能增加量為：M﹣M

根據(jù)動(dòng)能定理，則有：mgL=M﹣M

故答案為：（1）刻度尺、天平；

（2）m＜＜M，平衡摩擦力；

（3）mgL=M﹣M．