Question

【題目】某同學用如下器材驗證動能定理：一端帶滑輪的長木板、滑塊M、滑塊m、輕質擋光片、兩個光電門、細繩、游標卡尺、米尺……已知重力加速度為 g，且滿足Mm，驗證步驟如下：

(i)用游標卡尺測量擋光片寬度，記為d，并將其固定在滑塊M上．

(ii)將兩個光電門固定于長木板上，并多次測量光電門之間的距離，求得平均值并記為l.

(iii)將長木板不帶滑輪的一端墊起，令滑塊M由長木板上端滑下，反復調整墊起的高度直至滑塊經過兩光電門的時間示數相同，并固定墊塊的位置．

(iv)細繩的一端系在滑塊M上，跨過滑輪連接另一個滑塊m，調整滑輪使細繩平行于長木板．

(v)將滑塊M置于長木板靠近頂端的某位置，由靜止釋放，記錄擋光片先后經過長木板上端和下端兩個光電門的示數，分別記為Δt1、Δt2.

(vi)分析數據和實驗誤差，驗證動能定理．

請按要求回答下列問題：

(1)“反復調整墊起的高度直至滑塊經過光電門的時間示數相同”，這樣的操作結果說明滑塊在長木板上做________運動，這樣操作的目的是________.

(2)用題目中所給字母表示驗證滑塊M動能定理的關系式________________

(3)用測量結果驗證動能定理的過程中發現，合力所做的功始終略大于滑塊動能變化量，請分析這是什么因素導致的？

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Answer 1

【答案】勻速直線； 平衡摩擦； 滑塊m的重力總是略大于繩子的拉力(或者滑塊m動能增加)

【解析】

(1)滑塊經過兩光電門的時間示數相同，即滑塊通過光電門的速度相等，滑塊在長木板上做勻速直線運動，這樣操作的目的是平衡摩擦力，使細繩拉力充當滑塊M所受的合外力。

(2)，近似認為滑塊m的重力等于細繩拉力，滑塊通過兩光電門過程中合外力做的功；滑塊通過兩光電門過程中滑塊動能的變化量，則驗證滑塊M動能定理的關系式是。

(3)平衡摩擦力后，滑塊M受到的合外力為繩子拉力，當Mm時，近似認為滑塊m的重力等于細繩拉力；實際上滑塊m處于失重狀態，滑塊m的重力略大于細繩拉力，這樣計算出的合力所做的功始終略大于滑塊動能變化量。