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，另外他们还找到了打点计时

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、滑块、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．（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桶的总重力大小基本相等，细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为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为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mgL=12Mv22?12Mv12mgL=12Mv22?12Mv12．（用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）

Answer 1

（1）实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要求出总功和动能，故还要天平和刻度尺；
故答案为：刻度尺、天平；
（2）沙和沙桶加速下滑，处于失重状态，其对细线的拉力小于重力，设拉力为T，根据牛顿第二定律，有
对沙和沙桶，有 mg-T=ma
对滑块，有 T=Ma
解得
T=

M

M+m

mg
故当M＞＞m时，有T≈mg
滑块下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，故可以将长木板的一段垫高；
故答案为：沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦；
（3）总功为：W=mgL
动能增加量为：

1

2

Mv22?

1

2

Mv12，所以要验证mgL=

1

2

Mv22?

1

2

Mv12
故答案为：（1）刻度尺、天平；（2）沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦；（3）mgL=

1

2

Mv22?

1

2

Mv12