Question

12．某学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置

①实验时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，则：沙和沙桶的总质量m应远小于（填：远大于、远小于或等于）滑块的质量M，实验时首先应做的步骤是平衡摩擦力．
②实验时，应该先接通电源，再释放纸带（填：释放纸带或接通电源）．

Answer 1

分析 （1）实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，用沙和沙桶的总质量表示滑块受到的拉力，对滑块受力分析，受到重力、拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，必须使重力的下滑分量等于摩擦力；同时重物加速下降，处于失重状态，故拉力小于重力，可以根据牛顿第二定律列式求出拉力表达式分析讨论；
（2）根据打点计时器的使用规则判断释放纸带和接通电源的顺序．

解答 解：（1）沙和沙桶加速下滑，处于失重状态，其对细线的拉力小于重力，设拉力为T，根据牛顿第二定律，有
对沙和沙桶，有 mg-T=ma
对小车，有 T=Ma
解得
T=$\frac{M}{m+M}$mg
故当M＞＞m时，有T≈mg
小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，故可以将长木板的一段垫高；
（2）开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放纸带让纸带（随物体）开始运动，如果先放开纸带开始运动，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差；而且先打点再释放纸带，可以使打点稳定，提高纸带利用率，可以使纸带上打满点．
故答案为：（1）远小于；平衡摩擦力；（2）接通电源，释放纸带．

点评 本题关键是根据实验原理并结合牛顿第二定律和动能定理来确定要测量的量，实验的具体操作方法和实验误差的减小方法．对于一些实验操作细节，要通过亲自动手实验，才能体会具体操作细节的含义．