Question

Ⅰ某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證動能定理，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學(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，要完成該項實驗，則：

（1）你認(rèn)為還需要的實驗器材有

 

．
（2）實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是

 

，實驗時首先要做的步驟是

 

．
Ⅱ．在用落體法驗證機(jī)械能守恒定律時，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖．其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點．該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，并記錄在圖中（單位cm）．
（1）這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是

 

，應(yīng)記作

 

cm．
（2）該同學(xué)用重錘在OB段的運動來驗證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度g=9.80m/s²，他用AC段的平均速度作為跟B點對應(yīng)的物體的即時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為

 

，而動能的增加量為

 

，（均保留3位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m=0.1kg）．這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量

 

動能的增加量，原因是

 

．

Answer 1

分析：I、（1）根據(jù)實驗原理，得到需要驗證的表達(dá)式，從而確定需要的器材．
（2）實驗要測量滑塊動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)式分析討論在什么情況下合力與沙桶的總重力大小基本相等．
II、（1）毫米刻度尺最小刻度是1mm，所以需要估讀到下一位．
（2）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出動能的增加量：

1

2

mv2；根據(jù)重力做功和重力勢能的關(guān)系，可以求出重力勢能的減小量：mgh；由于物體下落過程中存在摩擦阻力，因此動能的增加量小于勢能的減小量．

解答：解：（1）①以小車為對象驗證“動能定理”，合外力做的功為：mgL，小車動能的變化量為：

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

，所以我們需要驗證：mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

，需要測量或計算的物理量為：m，M，L，v，所以還需要的儀器有：天平、刻度尺．
②設(shè)繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma    ①
對砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

=

mg

1+ m M

，由此可知當(dāng)M＞＞m時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，同時要平衡摩擦力．
故答案為：沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，平衡摩擦力．
II、（1）毫米刻度尺測量長度，要求估讀即讀到最小刻度的下一位，因此這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是OC段：15.7，應(yīng)記作15.70cm．
故答案為：OC　15.70．
（2）重力勢能減小量：△E_p=mgh=9.8×0.1242m J=1.22mJ
中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度來求B的速度大�。�
vB=

xAC

2T

=1.55m/s
EkB=

1

2

m

v

2 B

=1.20mJ
由于物體下落過程中存在摩擦阻力，因此動能的增加量小于勢能的減小量．
故答案為：大于；因為有摩擦生熱，減少的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

點評：正確解答實驗問題的前提是明確實驗原理，從實驗原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實驗器材、實驗步驟、所測數(shù)據(jù)等，會起到事半功倍的效果．