Question

为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图的装置外，还备有下列器材：

打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙。他们称量滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为，当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小桶时，滑块处于静止状态，要完成该实验，则：

（1）还缺少的一个实验器材是                  。

（2）实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先做做的步骤是              ；实验时为保证细线的拉力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是                    。

（3）在（2）问的基础上，让小桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出该两点的间距为L、打下该两点时滑块的速度大小为、（），已知当地的重力加速度为，写出实验要验证的动能定理表达式         （用题中所给的字母表示）。

Answer

（1）刻度尺；

（2）平衡摩擦力，；

（3）

【解析】

试题分析：（1）根据题意本实验需要测量滑块的位移，所以还缺少的器材是刻度尺。

（2）在该实验中，为了保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先要将木板一端抬高，以平衡摩擦力；设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：，对砂桶和砂有：，由此解得：，由此可知当时，砂和砂桶的重力等于绳子的拉力，所以若使绳子拉力近似等于沙和沙桶的重力，应满足的条件是沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，即。

（3）运动过程中外力做功为：；

动能的增加量为：；

根据动能定理实验要验证的表达式为为：，即。

考点：探究功与速度变化的关系

【名师点睛】明确实验原理是解决实验问题的关键，本实验的关键是两个问题，一个是怎样才能使滑块受到的合力是绳子的拉力，再一个是怎样才能使绳子拉力近似等于小桶的重力。