Question

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沙桶时，释放沙桶，滑块处于静止状态．
（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拉力就是沙桶的总重力，应满足

 

，此外实验前必须完成的步骤是

 

．
（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时细沙和沙桶的总质量为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）
（4）实验时同学们发现滑块受到的拉力做的功小于滑块动能的变化，且差异较大．你觉得可能的原因是

 

．（答一条即可）

Answer 1

分析：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；根据牛顿第二定律求出拉力和沙桶重力的关系，判断出沙桶总重力等于拉力的条件．

解答：解：（1、3）滑块动能的变化量为

1

2

Mv22-

1

2

Mv12，则验证拉力做功与滑块动能变化量是否相等，即mgL=

1

2

Mv22-

1

2

Mv12．
所以还需要测量的器材有：天平、刻度尺．
（2）根据牛顿第二定律得，mg=（M+m）a，解得a=

mg

M+m

，则绳子的拉力F=Ma=

Mmg

M+m

=

mg

1+ m M

，知当沙桶（含沙）总质量远小于滑块质量时，滑块所受的拉力等于沙桶的总重力．实验前需平衡摩擦力．
（4）实验时同学们发现滑块受到的拉力做的功小于滑块动能的变化，且差异较大，可能是平衡摩擦过度、沙桶质量未远小于滑块质量等．
故答案为：（1）天平、刻度尺  （2）沙桶（含沙）总质量远小于滑块质量   平衡摩擦
（3）mgL=

1

2

Mv22-

1

2

Mv12
（4）平衡摩擦过度、沙桶质量未远小于滑块质量等

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．