Question

（1）如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律，下面列举了该实验的几个操作步骤
A．按照图示的装置安装器材
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上
C．用天平测量出重锤的质量
D．先松手释放纸带，再接通电源打出纸带
E．选择合适的纸带，测量打出的纸带上某些点到第一点之间的距离
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少了重力势能是否等于增加的动能
上述操作中没有必要进行的或者操作错误的步骤是

 

（填入相应的字母）．
（2）某探究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2所示的装置，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、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
①你认为还需要的实验器材有

 

．
②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，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是

 

，实验时首先要做的步骤是

 

．
③在②的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，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）．则本实验最终要验证的数学表达式为

 

（用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）．

Answer 1

分析：1、解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项，只有理解了这些才能真正了解具体实验操作的含义．
2、根据实验原理，得到需要验证的表达式，从而确定需要的器材；
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；
实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，求出合力的功和动能的增加量即可．

解答：解：（1）B、应将打点计时器接到电源的交流输出端上，故B操作不恰当；
C、因为我们是比较mgh、

1

2

mv²的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要；
D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重锤下落，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．故D操作不恰当；
故选：BCD．
（2）①实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要求出总功和动能，故还要天平和刻度尺；
②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=

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；
故答案为：沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力；
③滑块动能的变化量为

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

，则验证拉力做功与滑块动能变化量是否相等，即mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

．
故答案为：（1）BCD
（2）①天平和刻度尺
②沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力
③mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

点评：1、只有明确了实验原理以及实验的数据测量，才能明确各项实验操作的具体含义，这点要在平时训练中加强练习．
2、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．