Question

18．某同學(xué)用如下器材驗證動能定理：一端帶滑輪的長木板、滑塊M、滑塊m、輕質(zhì)擋光片、兩個光電門、細繩、游標(biāo)卡尺、米尺…已知重力加速度為g，且滿足M≥m，驗證步驟如下：
（i）用游標(biāo)卡尺測量擋光片寬度，記為d，并將其固定在滑塊M上．
（ii）將兩個光電門固定于長木板上，并多次測量量光電門之間的距離，求的平均值并記為l
（iii）將長木板不帶滑輪的一端墊起，令滑塊M由長木板上端滑下，反復(fù)調(diào)整墊起的高度直至滑塊經(jīng)過兩光電門的時間示數(shù)相同，并固定墊塊的位置．
（iv）細繩的一端系在滑塊M上，跨過滑輪連接另一個滑塊m，調(diào)整滑輪使細繩平行于長木板．
（v）將滑M塊置于長木板靠近頂端的某位置，由靜止釋放，記錄擋光片先后經(jīng)過長木板上端和下端兩個光電門的示數(shù)，分別記為△t₁、△t₂
（vi）分析數(shù)據(jù)和實驗誤差，驗證動能定理
請按要求回答下列問題：
（1）“反復(fù)調(diào)整墊起的高度直至滑塊經(jīng)過光電門的時間示數(shù)相同”，這樣的操作結(jié)果說明滑塊在長木板上做勻速直線運動，這樣操作的目的是平衡摩擦力．
（2）用題目中所給字母表示驗證滑塊M動能定理的關(guān)系式mgl=$\frac{1}{2}（M+m）{（\fracqdngf49{△{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}（M+m）{（\fracednbfzl{△{t}_{1}}）}^{2}$
（3）用測量結(jié)果驗證動能定理的過程中發(fā)現(xiàn)，合力所做的功始終略大于滑塊動能變化量，請分析這是什么因素導(dǎo)致的？m的重力總是繩子的拉力．

Answer 1

分析 （1）平衡摩擦力后滑塊受到的拉力才為合力，以及怎樣通過紙帶判斷滑塊做勻速直線運動；
（2）根據(jù)光電門測速的原理求出滑塊通過上端和下端光電門的速度，再結(jié)合動能定理求出表達式；
（3）m的重力總是繩子的拉力，所以合力所做的功始終略大于滑塊動能變化量．

解答 解：（1）反復(fù)調(diào)整墊起的高度直至滑塊經(jīng)過光電門的時間示數(shù)相同，則滑塊在長木板上做勻速直線運動，這樣操作的目的是平衡摩擦力，
（2）滑塊通過上端光電門的速度${v}_{1}=\frac2ftelte{△{t}_{1}}$，滑塊通過下端光電門的速度${v}_{2}=\fracdw9zzef{△{t}_{2}}$，
對滑塊，外力做功為mgl，動能變化為△E_K=$\frac{1}{2}（M+m）{{v}_{2}}^{2}-$$\frac{1}{2}（M+m）{{v}_{1}}^{2}$=$\frac{1}{2}（M+m）{（\fracl9tifxd{△{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}（M+m）{（\frac3942eep{△{t}_{1}}）}^{2}$
則需要驗證的表達式為mgl=$\frac{1}{2}（M+m）{（\frac9qongrs{△{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}（M+m）{（\frack94buo9{△{t}_{1}}）}^{2}$，
（3）由于m的重力總是繩子的拉力，所以合力所做的功始終略大于滑塊動能變化量．
故答案為：（1）勻速直線；平衡摩擦力；（2）mgl=$\frac{1}{2}（M+m）{（\frac4isvkf9{△{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}（M+m）{（\fraco942tjv{△{t}_{1}}）}^{2}$；（3）m的重力總是繩子的拉力．

點評 明確實驗原理是解決實驗題的關(guān)鍵．本實驗應(yīng)理解為什么掛鉤碼前要首先平衡摩擦力，知道光電門測速的原理求，難度適中．