Question

某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“動能定理”，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)時器所用的學(xué)生電源一臺，導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、細(xì)沙若干．當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，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)，則：


（1）還需要補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)器材是______．
（2）某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：用天平稱量滑塊的質(zhì)量M．往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，讓沙桶帶動滑塊加速運(yùn)動，用打點(diǎn)計(jì)時器記錄其運(yùn)動情況，用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量m．在打點(diǎn)計(jì)時器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測出這兩點(diǎn)的間距L，算出這兩點(diǎn)的速度v₁與v₂．要完成本實(shí)驗(yàn)，還缺哪些實(shí)驗(yàn)步驟或應(yīng)控制的實(shí)驗(yàn)條件？若用如上的字母代表實(shí)驗(yàn)中測量到的物理量，寫出本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式．
（3）若挑選的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如下，且已知滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，相鄰兩個點(diǎn)之間的時間間隔為T，從A點(diǎn)到B、C、D、E、F點(diǎn)的距離依次為S₁、S₂、S₃、S₄、S₅（圖中未標(biāo)出S₃、S₄、S₅），則由此可求得紙帶上由B點(diǎn)到E點(diǎn)所對應(yīng)的過程中，沙和沙桶的重力所做的功W=______；該滑塊動能改變量的表達(dá)式為△E_K=______．（結(jié)果用題中已知物理量的字母表示）

Answer 1

（1）因掛上空桶時滑塊靜止時，說明滑塊受到摩擦力作用，應(yīng)首先平衡摩擦力，這樣滑塊受到的合力即為繩對小車的拉力．要求總功和動能需要知道小木塊的質(zhì)量和小木塊的位移，故應(yīng)需要有刻度尺、天平和小木塊．
（2）根據(jù)重力做功特點(diǎn)可知，重力做功等于重力與位移的積，即：W=mg（s₄-s₁）
（3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的特點(diǎn)有：
B點(diǎn)速度為：v_B=

S2

2T

v_E=

S5-S3

2T

所以動能增量為：△EK=

1

2

M[(

S5-S3

2T

)2-(

S2

2T

)2]或△EK=

m

8T2

[(S5-S3)2-

S

22

]
根據(jù)功能關(guān)系可知，若重力做功和動能增量基本相等，則說明機(jī)械能是守恒的．
故答案為：（1）天平； 刻度尺； 小木塊
（2）所缺的步驟：先將空的小沙桶從滑輪上取下，用天平測定小沙桶的質(zhì)量m′，再將空的小沙桶掛回，用小木塊將長木板的左端稍稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止．實(shí)驗(yàn)中保持m＜＜M．本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式(m-m′)gL=

1

2

M

v

22

-

1

2

M

v

21

（3）W=mg（s₄-s₁）  
△EK=

1

2

M[(

S5-S3

2T

)2-(

S2

2T

)2]或△EK=

m

8T2

[(S5-S3)2-

S

22

]