Question

（2008?湛江二模）某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證動能定理，他們在實驗室已組裝了一套如圖1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，天平、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、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已完成了平衡摩擦力的操作．若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則：
①還需要的實驗器材

刻度尺

．
②在沙桶中放適量的沙進行實驗，且已知滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m（M遠大于m），若挑選一條點跡清晰的紙帶如圖2所示，相鄰兩個點之間的時間間隔為T，從A點到B、C、D、E、F點的距離依次為S₁、S₂、S₃、S₄、S₅（圖中未標(biāo)出S₃、S₄、S₅），則由此可求得紙帶上由B點到E點所對應(yīng)的過程中，滑塊合力所做的功約為W=

mg（s₄-s₃）

； 該滑塊動能改變量的表達式為△E_k=

1

2

M((

S5-S3

2T

)2-(

S2

2T

)2)

．（結(jié)果用題中已知物理量的字母表示） 

Answer 1

分析：根據(jù)重力做功特點以及功能關(guān)系，熟練應(yīng)用勻變速直線運動規(guī)律，正確進行驗證機械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理．

解答：解：①因掛上空桶時滑塊靜止時，說明滑塊受到摩擦力作用，應(yīng)首先平衡摩擦力，這樣滑塊受到的合力即為繩對小車的拉力．要求總功和動能需要知道滑塊的質(zhì)量和滑塊的位移，故應(yīng)需要有刻度尺．
②根據(jù)重力做功特點可知：W=mg（s₄-s₁）
根據(jù)勻變速直線運動的特點有：
B點速度為：v_B=

s2

2T

v_E=

s5-s3

2T

所以動能增量為：△E_K=

1

2

M（

s5-s3

2T

）²-（

s2

2T

）²]或△E_K=

m

8T2

[（s₅-s₃）²-s₂²]．
根據(jù)功能關(guān)系可知，若重力做功和動能增量基本相等，則說明機械能是守恒的．
故答案為：刻度尺；mg（s₄-s₃）；△EK=

1

2

M((

S5-S3

2T

)2-(

S2

2T

)2)或△E_K=

M

8T2

[（s₅-s₃）²-s₂²]．

點評：注意動能定理中功是總功或合力做的功的含義，及平衡摩擦力的用意．本題考查了實驗的基礎(chǔ)操作，以及利用功能關(guān)系和勻變速直線運動規(guī)律來處理數(shù)據(jù)，較好的考查了學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基本規(guī)律的掌握情況．