Question

13．如圖所示，質(zhì)量為M的滑塊A放在一端帶有滑輪的粗糙長木板上，平衡摩擦后，安裝在水平桌邊緣，1、2是固定在木板上的兩個光電門，中心間的距離為L．滑塊A上固定一寬度為d的遮光長，在質(zhì)量為m的重物B牽引下從木板的頂端由靜止滑下，光電門1、2記錄的遮光時間分別為△t₁和△t₂．
（1）用此裝置驗證牛頓第二定律，且認(rèn)為A受到外力的合力等于B的重力，則實驗必須滿足的條件還有m＜＜M；實驗測得的加速度為$\frac{（\fracfzmp4t4{△{t}_{2}}）^{2}-（\frachbu8add{△{t}_{1}}）^{2}}{2L}$（用上述字母表示）；
（2）用此裝置研究外力做功與物體動能的改變，以A為研究對象，外力做功的表達(dá)式是mgL，動能改變量是$\frac{1}{2}m[（\fraccpc9tee{△{t}_{2}}）^{2}-（\fracgi9m4j1{△{t}_{1}}）^{2}]$．

Answer 1

分析 對整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得出加速度，隔離對A分析，結(jié)合牛頓第二定律得出拉力的表達(dá)式，分析B的重力等于A所受合力滿足的條件．
根據(jù)下降的高度求出外力做功的表達(dá)式，結(jié)合極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度求出滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時速度，從而得出動能的該變量．

解答 解：（1）對整體分析，加速度a=$\frac{mg}{M+m}$，隔離對A分析，根據(jù)牛頓第二定律得，繩子的拉力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，當(dāng)m＜＜M時，A受到的外力的合力等于B的重力．
滑塊通過光電門1和2的瞬時速度分別為${v}_{1}=\fracrvcnpa4{△{t}_{1}}$，${v}_{2}=\fracgsry9rl{△{t}_{2}}$，
根據(jù)速度位移公式得，加速度a=$\frac{{{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}}{2L}$=$\frac{（\fracrmxf9se{△{t}_{2}}）^{2}-（\fracg4w9tkd{△{t}_{1}}）^{2}}{2L}$．
（2）外力做功的表達(dá)式W=mgL，動能該變量為△E_k=$\frac{1}{2}m{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}m[（\fraclflh8s9{△{t}_{2}}）^{2}-（\fracukye59o{△{t}_{1}}）^{2}]$．
故答案為：（1）m＜＜M，$\frac{（\fracxkjtzrc{△{t}_{2}}）^{2}-（\fracjofw5xl{△{t}_{1}}）^{2}}{2L}$；（2）mgL，$\frac{1}{2}m[（\frack4flkd9{△{t}_{2}}）^{2}-（\fracctnax9q{△{t}_{1}}）^{2}]$．

點評 解決本題的關(guān)鍵知道驗證牛頓第二定律實驗中的兩個認(rèn)為：1、認(rèn)為繩子的拉力等于滑塊的合力，（前提需平衡摩擦力），2、認(rèn)為重物的拉力等于繩子的拉力，（前提是重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量）．