Question

【題目】某探究學(xué)習(xí)小組學(xué)欲 “探究恒力做功與物體的動(dòng)能改變量的關(guān)系”，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖甲所示的裝置，另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙。當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過(guò)滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．若你是小組中的一位成員，要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，則：

（1）你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有__________________。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿(mǎn)足的實(shí)驗(yàn)條件是________________，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是_______________。

（3）在（2）的基礎(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱(chēng)量滑塊的質(zhì)量M。往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，用天平稱(chēng)出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m。讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況如圖乙所示，測(cè)量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中標(biāo)出，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T。則本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為__________________（用題中和圖中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到的物理量）。

Answer 1

【答案】 刻度尺、天平 沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量 平衡摩擦

【解析】（1）實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證動(dòng)能增加量和總功是否相等，故需要求出總功和動(dòng)能，故還要天平和刻度尺。

（2）設(shè)拉力為T，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)沙和沙桶，有 mg-T=ma，對(duì)滑塊：T=Ma，解得：，故當(dāng)M＞＞m時(shí)，有T≈mg，滑塊下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來(lái)平衡摩擦力，故可以將長(zhǎng)木板的一段墊高。

（3）滑塊經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度為：，滑塊經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度為：；由動(dòng)能定理得，要探究滑塊與沙及沙桶組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，則最終需驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，聯(lián)立以上可得：