Question

某探究學習小組的同學欲驗證動能定理，他們在實驗室已組裝了一套如圖1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一臺，天平、導線、復寫紙、紙帶、細沙若干．
（1）為了用細線的拉力表示小車受到的合外力，可以改變木板的傾角，以重力的一個分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力．簡要說明你平衡摩擦力的方法．

將連接打點計時器的木板一端墊一薄木片而使木板有一傾角，改變木板的傾角，輕推小車，直到小車能做勻速運動為止

．
（2）還需要的實驗器材是

刻度尺

．
（3）假設用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時已完成了平衡摩擦力的操作．在沙桶中放適量的沙進行實驗，且已知小車的質量為M，沙和沙桶的總質量為m（M遠大于m），若挑選一條點跡清晰的紙帶如圖2所示，相鄰兩個點之間的時間間隔為T，從A點到B、C、D、E、F點的距離依次為S₁、S₂、S₃、S₄、S₅（圖中未標出S₃、S₄、S₅），則由此可求得紙帶上由B點到E點所對應的過程中，滑塊合力所做的功約為W=

mg（

S

4

-S

1

）

； 該滑塊動能改變量的表達式為△E_k=

1

2

M(

S   5 -S   3

2T

)

2

-

1

2

M(

s   2

2T

)

2

．（結果用題中已知物理量的字母表示）

Answer 1

分析：本題（1）的關鍵是明確平衡摩擦力的方法是將連接打點計時器的木板一端墊高，輕推小車直到小車能勻速運動，說明已經平衡好摩擦力．（2）題關鍵是本實驗需要刻度尺測量計數點間的距離．（3）題的關鍵是滑塊受到的合力等于沙和沙桶的重力，根據功的公式可求合力做的功，根據中間時刻速度公式以及動能表達式即可求出動能的變化．

解答：解：（1）將連接打點計時器的木板一端墊一薄木片而使木板有一傾角，改變木板的傾角，輕推小車，直到小車能做勻速運動為止．
（2）由于需要測量計數點間的距離，所以還需要刻度尺．
（3）小車受到的合力為F=mg，B、E間距離L=

S

4

-S

1

，所以滑塊合力所做的功為W=FL=mg（

S

4

-S

1

）
又

v

B

=

S   2

2T

，

v

E

=

S   5 -S   3

2T

，所以滑塊動能的改變量為

△E

k

=

1

2

Mv

2 E

-

1

2

Mv

2 B

整理可得

△E

k

=

1

2

M(

S   5 -S   3

2T

)

2

-

1

2

M(

S   2

2T

)

2

故答案為：（1）將連接打點計時器的木板一端墊一薄木片而使木板有一傾角，改變木板的傾角，輕推小車，直到小車能做勻速運動為止
（2）刻度尺
（3）mg（

S

4

-S

1

），

1

2

M(

S   5 -S   3

2T

)

2

-

1

2

M(

S   2

2T

)

2

點評：明確實驗原理（平衡摩擦力的目的是為了滑塊受到的合力等于沙和沙桶的重力mg），是求解實驗問題的關鍵．