题目内容

某探究学习小组的同学欲以下图装置中的滑块为对象验证“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、天平．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
刻度尺
刻度尺
．
（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
沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量
沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量
，实验时首先要做的步骤是
平衡摩擦力
平衡摩擦力
．
（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）．则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
（用题中的字母表示）．
（4）如果实验时所用滑块质量为M，沙及沙桶总质量为m，让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，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）．要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒，则最终需验证的数学表达式为
mgL=
1
2
(M+m)(
v
2
2
-
v
2
1
)
mgL=
1
2
(M+m)(
v
2
2
-
v
2
1
)
（用题中的字母表示）．
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；
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）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，需要刻度尺测量出沙桶下降的高度即纸带前进的距离；
故答案为：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）对滑块，本实验认为绳子对滑块的拉力为等于滑块所受的合外力，故合外力做的功为：mgL，滑动的动能增加量为：
1
2
Mv22-
1
2
Mv12
需要验证：mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
．
故答案为：mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1

（4）对系统而言，总功为：mgL，系统增加的动能为：
1
2
（M+m）（v22-v12）
故答案为：mgL=
1
2
(M+m)(
v
2
2
-
v
2
1
)．
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．
练习册系列答案
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某探究学习小组的同学欲以如图装置中的滑块为对象验证“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、垫块．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
天平
天平
、
刻度尺
刻度尺
．（两个）
（2）实验时为了保证滑块（质量为M）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m应满足的实验条件是
m＜＜M
m＜＜M
，实验时首先要做的步骤是
平衡摩擦力
平衡摩擦力
．
（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）．则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
（用题中的字母表示）．
（4）要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒，如果实验时所用滑块质量为M，沙及沙桶总质量为m，让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，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）．则最终需验证的数学表达式为
mgL=
1
2
(m+M)(
v
2
2
-
v
2
1
)
mgL=
1
2
(m+M)(
v
2
2
-
v
2
1
)
（用题中的字母表示）．
（2013?开封一模）某探究学习小组的同学欲探究恒力做功与物体动能变化的关系，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、复写纸、纸带、小桶和沙子若干．当小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小沙桶．
（1）某同学的实验步骤如下：用天平称量小车的质量M和沙与桶的总质量m．让沙桶带动小车加速运动，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，算出这两点的速度v1与v2．
①本实验装置图1（准备放开小车时刻）中有什么缺点或错误？
细线与轨道平面应该平行，初始时刻小车应紧靠打点计时器．
细线与轨道平面应该平行，初始时刻小车应紧靠打点计时器．

②要完成本实验，还缺哪些重要实验步骤？
调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动（或平衡摩擦力）
调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动（或平衡摩擦力）

③本实验认为小车所受合外力等于沙桶重力，则应控制的实验条件是什么？
M＞＞m
M＞＞m

（2）在实验操作正确的前提下，若挑选的一条点迹清晰的纸带如图2所示，已知    相邻两个点间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为s1、s2、s3、s4、s5（图中未标s3、s4、s5），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应过程中，合外力对小车所做的功W=
mg（S4-S1）
mg（S4-S1）
；该小车动能改变量的表达式为△EK=
M
8T2
[(S5-S3)2-
S
2
2
]
M
8T2
[(S5-S3)2-
S
2
2
]
（结果用题中已知物理量的符号表示）；若满足
W≈△Ek
W≈△Ek
，则动能定理得证．
某探究学习小组的同学欲探究“滑块与桌面间的动摩擦因数”他们在实验室组装了一套如图1所示的装置，另外他们还找到打点计时器及所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、纸带、钩码若干．

（1）小组同学的实验步骤如下：用天平称量滑块的质量M=300g，将滑块放在水平桌面上并连接上纸带，用细线通过滑轮挂上两个钩码（每个钩码质量为100g），调整滑轮高度使拉滑块的细线与桌面平行，让钩码拉动滑块由静止开始加速运动，用打点计时器记录其运动情况．
实验纸带的记录如图2所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每打5个点取一个计数点，若电源频率为50赫兹，则物体运动的加速度为
0.64
0.64
m/s2．（结果保留两位有效数字），滑块与桌面间的动摩擦因数μ=
0.56
0.56
（重力加速度为g=10m/s2）．
（2）为提高实验结果的准确程度，某同学对此实验提出以下建议：①绳的质量要轻
②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好
③实验时尽量保持拉动滑块的细线与桌面平行
④尽量保证钩码只沿竖直方向运动，不要摇晃
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是
①③④
①③④
．（在答题卡上对应区域填入选项前的编号）
（2008?湛江二模）某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室已组装了一套如图1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一台，天平、导线、复写纸、纸带、细沙若干．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时已完成了平衡摩擦力的操作．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
①还需要的实验器材
刻度尺
刻度尺
．
②在沙桶中放适量的沙进行实验，且已知滑块的质量为M，沙和沙桶的总质量为m（M远大于m），若挑选一条点迹清晰的纸带如图2所示，相邻两个点之间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为S1、S2、S3、S4、S5（图中未标出S3、S4、S5），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，滑块合力所做的功约为W=
mg（s4-s3）
mg（s4-s3）
； 该滑块动能改变量的表达式为△Ek=
1
2
M((
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2)
1
2
M((
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2)
．（结果用题中已知物理量的字母表示） 
（2007?佛山二模）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一台，导线、复写纸、纸带、细沙若干．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）还需要补充的实验器材是
天平；刻度尺；小木块
天平；刻度尺；小木块
．
（2）某同学的实验步骤如下：用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L，算出这两点的速度v1与v2．要完成本实验，还缺哪些实验步骤或应控制的实验条件？若用如上的字母代表实验中测量到的物理量，写出本实验最终要验证的数学表达式．
（3）若挑选的一条点迹清晰的纸带如下，且已知滑块的质量为M，沙和沙桶的总质量为m，相邻两个点之间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为S1、S2、S3、S4、S5（图中未标出S3、S4、S5），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，沙和沙桶的重力所做的功W=
mg（s4-s1）
mg（s4-s1）
；该滑块动能改变量的表达式为△EK=
1
2
M[(
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2]
1
2
M[(
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2]
．（结果用题中已知物理量的字母表示）

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