题目内容
【题目】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为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)
【答案】(1)刻度尺,天平
(2)沙和沙桶的质量远小于滑块的质量,平衡摩擦力
(3)mgL=M(v22﹣v12)
【解析】(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
则
故当m<<M时,有T≈mg;
实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力.
(3)合力功为mgL,实验探究合力功与动能变化的关系,所以本实验最终要验证的数学表达式为mgL=M(v22﹣v12).
点晴: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.