Question

某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置

某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：

（1）你认为还需要的实验器材有 ．（2）实验时为了保证滑块受到的合力 与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 ，实验时首先要做的步骤是 ．（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙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，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1< v2）．则本实验最终要验证的数学表达式为 （用题中的字母表示）．（4）如果实验时所用滑块质量为M，沙及沙桶总质量为m，让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，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，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1< v2）．要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒，则最终需验证的数学表达式为 （用题中的字母表示）。

答案：（1）天平，刻度尺 （2）沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力 （3）

（4）我想问为什么3、4不一样。3中不是全体的速度么。为什么只有M没有m
谢谢。

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Answer 1

3好比提供了一个大小恒为mg的拉力去拉木块‘

4就不一样了，滑块和纱筒作为一个整体，近似认为机械能守恒。
也就是说在4中拉力成为内力了。
3和4不一样，是木板改为气垫导轨的结果，3中沙桐的重力作为外力，4中作为内力....

追问

要怎么看是整个系统还是当个物体呢。

追答

这是相对的，取决于你的研究对象。

追问

如图所示，mA=4kg，mB=1kg，A与桌面动摩擦因数μ=0.2，B与地面间的距离s=0.8m，A、B原来静止.

向左转|向右转

求：B落到地面时的速度?

对于B下落的过程，以A、B系统为研究对象，由动能定理得mBgh−μmAgh＝0.5(mA+mB)v2

为什么此题就以A、B为整体？

追答

因为B下落，重力势能减小，转化为AB的动能，另外有一部分摩擦损耗。
B的重力势能转化为AB二者的动能了。

追问

那上个题中，3也可以看作小桶的重力势能转化为滑块与小桶的动能了啊，

追答

是这样子的。第3问是验证动能定理。滑块受到的拉力为T，移动距离为L，那么对于滑块有
TL=1/2M(v2^2-v1^2) 。沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，这句话其实有两个信息，1是沙桶的总质量平衡了摩擦力，所以在上式中见不到摩擦力。2是当沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量时，T≈mg，这个证明过程有些繁琐，我还是写出来吧：
因为沙桶和滑块一起作匀加速运动，加速度为a
对沙桶：
受到重力mg，绳子拉力T
mg-T=ma
对滑块：
受到支持力，绳子拉力（摩擦力已经被重力的下滑平衡掉了）
T=Ma
那么T=mgM/(m+M)
当m<<M时，T≈mg.
这样，就看到了答案(3)中的式子。
所以，第3问是研究单个滑块，没有研究重力势能。第三问答案中的mgL其实是TL，但是mg和T并不相等，，，，
第4问和滑轮那题一模一样，研究的是两个物体，机械能守恒，和拉力没关系了...