Question

某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學(xué)生電源一臺，導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、墊塊、細沙若干．當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，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，要驗證滑塊所受合外力做的功等于其動能的變化，則：
①還需要補充的實驗器材是

天平和刻度尺

．
②為了簡化實驗，使滑塊所受合外力等于繩子的拉力，應(yīng)采取的措施是

平衡摩擦力平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止

；要使繩子拉力約等于沙和沙桶的重力，應(yīng)滿足的條件是

實驗中保持沙和沙桶的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量

．
③若要挑選的一條點跡清晰的紙帶如下，且一直滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，相鄰兩個點之間的時間間隔為T，從A點到B、C、D、E點的距離依次為S₁、S₂、S₃、S₄，則由此可求得紙帶上由點B到D點所對應(yīng)的過程中，沙和沙桶的重力所做的功W=

mg

(s

3

-s

1

)

；該滑塊動能△E_X=

M

8T 2

[

(s

4

-s

2

)

2

-s

2 2

]

．（結(jié)果用題中已知物理量的字母表示）

Answer 1

分析：本題的關(guān)鍵是明確該實驗的實驗原理和方法，只有平衡摩擦力才能使滑塊受到的拉力為合力，只有滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量才能使繩子的拉力等于沙和沙桶的重力，然后求出合力對滑塊做的功和滑塊動能的變化，比較即可．

解答：解：①由于實驗需要測量紙帶的長度，所以需要刻度尺，根據(jù)動能定理表達式可知，需要用天平測量物體的質(zhì)量，所以缺少的器材是天平和刻度尺．
②受力分析可知，使滑塊所受合外力等于繩子的拉力，應(yīng)采取的措施是平衡摩擦力平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止；
要使繩子拉力約等于沙和沙桶的重力，應(yīng)滿足的條件是：實驗中保持沙和沙桶的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量
③由點B到D點所對應(yīng)的過程中，沙和沙桶的重力所做的功W=mg

(s

3

-s

1

)，
根據(jù)

v

t 2

=

x

t

可得，

v

B

=

s   2

2T

，

v

D

=

s   4 -s   2

2T

，
所以△

E

k

=

1

2

Mv

2 D

-

1

2

Mv

2 B

，
整理可得

△E

k

=

M

8T 2

[

(s

4

-s

2

)

2

-s

2 2

]
故答案為：①天平和刻度尺
         ②平衡摩擦力平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止；
實驗中保持沙和沙桶的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量        
         ③mg

(s

3

-s

1

)，

M

8T 2

[

(s

4

-s

2

)

2

-s

2 2

]

點評：明確該實驗中平衡摩擦力和保持沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊質(zhì)量的目的，是本題的關(guān)鍵．