Question

某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了如图所示的一套装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、小木块、细沙．当滑块连上纸带，沙桶中不放沙子时，释放沙桶，滑块不动。要完成该实验，你认为：

（1）还需要的实验器材有                   ．
（2）实验时首先要做的步骤是          ，为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的条件是                  ．
（3）在上述的基础上，某同学测得滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，测得此时沙和沙桶的总质量m．接通电源，释放沙桶，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v₁与v₂（v₁<v₂）．则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为      （用题中的字母表示，已知重力加速度为g）．

Answer 1

（1）天平 刻度尺 （2）平衡摩擦力  沙和沙桶质量远小于小车质量  （3）

试题分析：（1）根据打点计时器的纸带分析可计算出初末速度和小车对应的位移，但需要有测量长度的工具即刻度尺。要找到合外力做功，位移测量后，还要找到合外力，即沙和沙桶的重力，因此需要天平来测量质量从而计算重力。（2）实验设计中，把绳子拉力作为合力，即排除了摩擦力做功，所以实验首先要做的步骤是平衡摩擦力。对绳子拉力，我们以沙和沙桶重力来代替，事实上，绳子拉力并不等于重力，小车和沙桶做为一个整体，加速度，绳子拉力，当远小于时，绳子拉力近似等于沙和沙桶重力。（3）若满足动能定理则有合外力做功等于动能变化量，即.