Question

2．如图是某小组对滑块验证动能定理的实验装置，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上，通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处．测得滑块（含遮光条和拉力传感器）质量为M、钩码的总质量为m、遮光条的宽度为d，当地的重力加速度为g．当气垫导轨充气后，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F，光电门记录的时间为△t．
（1）实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M？否（填“是”或“否”）；
（2）实验中还需要测量的物理量是光电门A至光电门B中心之间的距离L（用文字及相应的符号表示）；
（3）本实验中对滑块验证动能定理的表达式为FL=$\frac{1}{2}M{（\frac{d}{△t}）}^{2}$（用以上对应物理量的符号表示）；
（4）（多选）为减少实验误差，可采取的方法是AD
（A）增大AB之间的距离（B）减少钩码的总质量
（C）增大滑块的质量（D）减少遮光条的宽度．

Answer 1

分析 本实验要测量拉力做的功，故要用刻度尺测量光电门A至光电门B中心之间的距离L．滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度．根据动能定理列方程．本实验用了气垫导轨，摩擦力几乎没有，不需要平衡摩擦力．

解答 解：（1）拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故不需要钩码总质量m远小于滑块质量M；
（2）为了测量拉力的功，故要用刻度尺测量光电门A至光电门B中心之间的距离L．
（3）由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则通，B点的速度v=$\frac{d}{△t}$，
拉力做功W=FL
动能的增加量为△E_k=$\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}=\frac{1}{2}M{v}^{2}=\frac{1}{2}M{（\frac{d}{△t}）}^{2}$，
故本实验中探究动能定理的表达式为FL=$\frac{1}{2}M{（\frac{d}{△t}）}^{2}$．
（4）由公式可知，实验误差来自由长度的测量和速度的测量，故可以让AB之间的距离L增大或减小遮光片的长度，故AD正确．
故选：AD；
故答案为：（1）否；（2）光电门A至光电门B中心之间的距离L；（3）FL=$\frac{1}{2}M{（\frac{d}{△t}）}^{2}$；（4）AD．

点评 本题考查验证动能定理的实验，在处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项．