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。他們稱量滑塊的質量為M、沙和小桶的總質量為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。要完成該實驗，則：

⑴還缺少的實驗器材是       。
⑵實驗時為保證滑塊受到的合力與沙、小桶的總重力大小基本相等，沙和小桶的總質量應滿足的實驗條件是      ，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       。
⑶在⑵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），已知當地的重力加速度為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

⑴刻度尺⑵沙和小桶的總質量遠小于滑塊的質量，平衡摩擦力
⑶ 或

試題分析：（1）實驗要驗證動能增加量和總功是否相等，故需要求出總功和動能，故還要刻度尺；
（2）沙和沙桶加速下滑，處于失重狀態，其對細線的拉力小于重力，設拉力為T，根據牛頓第二定律，有
對沙和沙桶，有
對小車，有，解得：故當M＞＞m時，有T≈mg；小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，故可以將長木板的一段墊高；
（3）重力做功為mgl，動能增加量為,故要驗證：
解得
點評：本題關鍵是根據實驗原理并結合牛頓第二定律和動能定理來確定要測量的量、實驗的具體操作方法和實驗誤差的減小方法．