Question

6．某探究學習小組的同學欲驗證“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生電源、導線、復寫紙、紙帶、刻度尺、小木塊、細沙．當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)．若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則：
（1）你認為還需要的實驗器材有天平．
（2）實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質量應滿足的實驗條件是沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量，實驗時首先要做的步驟是平衡摩擦力．
（3）在（2）的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質量M．往沙桶中裝入適量的細沙，用天平稱出此時沙和沙桶的總質量m．讓沙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，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為mgL=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²（用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量）．

Answer 1

分析 （1）該實驗驗證拉力做的功與滑塊動能的變化是否相等，從而驗證動能定理．根據實驗的原理來分析需要的器材；
（2）實驗前要平衡摩擦力，使滑塊受到的合力等于沙和沙桶的重力；只有在滑塊質量遠大于沙和沙桶總質量的情況下，才可近似認為滑塊受到的拉力等于沙和沙桶的重力．
（3）將滑塊的瞬時速度，代入動能定理表達式即可正確解題．

解答 解：（1）在實驗中，需要測量滑塊、沙和沙桶的質量，所以還需要天平．
（2）實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，需要保證沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量，即M＞＞m，實驗時首先要平衡滑塊受到的摩擦力．
（3）由動能定理得：W=△E_K，拉力做的功：W=mgL，
則實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為：mgL=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²；
故答案為：（1）天平；（2）沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量，平衡摩擦力；（3）mgL=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²

點評 該題考查了力學實驗的基本操作和數(shù)據處理，正確解答這些問題的關鍵是明確實驗原理，提高應用基本物理規(guī)律解決實驗問題的能力．