Question

【題目】如圖(a)所示是探究動能定理的裝置，除圖示器材外，還有打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、天平和細沙．

(1)你認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和沙桶的總重力大小基本相等，應滿足的實驗條件是________________________________________________ ，實驗時首先要做的步驟是__________________。

(3)如圖(b)所示是滑塊（質量為M）在沙和沙桶的總質量為m條件下做勻加速直線運動的紙帶，測量數據已用字母表示在圖中，打點計時器的打點周期為T，則本實驗最終要得到的數學表達式為_______________________ ．（用題中的字母表示）

Answer 1

【答案】 刻度尺 沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量 平衡摩擦力

【解析】(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： ，所以我們需要驗證： ，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：刻度尺；

設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：F=Ma，對砂桶和砂有：mg-F=ma， ，由此可知當M＞＞m時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，首先要平衡摩擦力；

(2) 以小車為對象驗證“動能定理”，合外力做的功為：W=mgxAB

小車經過A、B兩點時的速度大小分別為： ，

小車動能的變化量為，由以上各式可得我們需要驗證表達式： 。

點晴：根據實驗原理，得到需要驗證的表達式，從而確定需要的器材；

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，故拉力小于重力，可以根據牛頓第二定律列式求出拉力表達式分析討論；

實驗要測量滑塊動能的增加量和合力做的功，求出合力的功和動能的增加量即可。