Question

為了驗證動能定理，某學習小組在實驗室組裝了如圖的裝置外，還備有下列器材：打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、天平、細沙.他們稱量滑塊的質(zhì)量為M、沙和小桶的總質(zhì)量為m.當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小桶時，滑塊處于靜止狀態(tài).要完成該實驗，則：

（1）還缺少的實驗器材是      .
（2）實驗時為保證細線拉力等于滑塊所受的合外力，首先要做的步驟是      ；實驗時為保證細線的拉力與沙、小桶的總重力大小基本相等，沙和小桶的總質(zhì)量應滿足的實驗條件是     .
（3）在（2）問的基礎上，讓小桶帶動滑塊加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出該兩點的間距為L、打下該兩點時滑塊的速度大小為v₁、v₂（v₁< v₂），已知當?shù)氐闹亓�加速度為g. 寫出實驗要驗證的動能定理表達式       （用題中所給的字母表示）.

Answer 1

(1) 刻度尺    (2) 平衡摩擦力  m<<M     (3)

試題分析：（1）根據(jù)實驗目的及實驗原理知，本實驗需測量滑塊運動的距離，因此還缺少的實驗器材是刻度尺。
（2）在該實驗中，為了保證細線拉力等于滑塊所受的合外力，首先要在不掛沙和沙桶時將木板不帶滑輪的一端抬高，使重力、支持力和摩擦力的合力為零，即平衡摩擦力；設滑塊受到的拉力大小為，加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律，對滑塊有：，對沙和小桶有：，解得：，當時，才可以認為，所以實驗時為保證細線的拉力與沙、小桶的總重力大小基本相等，沙和小桶的總質(zhì)量應滿足的實驗條件是沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，即。
（3）運動過程中合外力對滑塊做功為：；滑塊動能的增量為：，根據(jù)動能定理實驗要驗證的表達式為：，即。