Question

某探究學習小組的同學欲驗證動能定理，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生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細沙．當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的沙桶時，釋放沙桶，滑塊處于靜止狀態．
（1）你認為還需要的實驗器材有

 

． 
（2）實驗時為了保證滑塊受到的拉力就是沙桶的總重力，應滿足

 

，此外實驗前必須完成的步驟是

 

．
（3）在（2）的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質量為M．往沙桶中裝入適量的細沙，用天平稱出此時細沙和沙桶的總質量為m．讓沙桶帶動滑塊加速運動．用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．則本實驗最終要驗證的數學表達式為

 

．（用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量）
（4）實驗時同學們發現滑塊受到的拉力做的功小于滑塊動能的變化，且差異較大．你覺得可能的原因是

 

．（答一條即可）

Answer 1

分析：根據實驗原理，得到需要驗證的表達式，從而確定需要的器材；根據牛頓第二定律求出拉力和沙桶重力的關系，判斷出沙桶總重力等于拉力的條件．

解答：解：（1、3）滑塊動能的變化量為

1

2

Mv22-

1

2

Mv12，則驗證拉力做功與滑塊動能變化量是否相等，即mgL=

1

2

Mv22-

1

2

Mv12．
所以還需要測量的器材有：天平、刻度尺．
（2）根據牛頓第二定律得，mg=（M+m）a，解得a=

mg

M+m

，則繩子的拉力F=Ma=

Mmg

M+m

=

mg

1+ m M

，知當沙桶（含沙）總質量遠小于滑塊質量時，滑塊所受的拉力等于沙桶的總重力．實驗前需平衡摩擦力．
（4）實驗時同學們發現滑塊受到的拉力做的功小于滑塊動能的變化，且差異較大，可能是平衡摩擦過度、沙桶質量未遠小于滑塊質量等．
故答案為：（1）天平、刻度尺  （2）沙桶（含沙）總質量遠小于滑塊質量   平衡摩擦
（3）mgL=

1

2

Mv22-

1

2

Mv12
（4）平衡摩擦過度、沙桶質量未遠小于滑塊質量等

點評：本題關鍵是根據實驗原理并結合牛頓第二定律和動能定理來確定要測量的量、實驗的具體操作方法和實驗誤差的減小方法．