Question

【題目】某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖1所示的裝置，另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源一臺(tái)，導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、墊塊、細(xì)沙若干．當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．若你是小組中的一位成員，要驗(yàn)證滑塊所受合外力做的功等于其動(dòng)能的變化，則：

(1)還需要補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)器材是__________________，_________________．

(2)為了簡化實(shí)驗(yàn)，使滑塊所受合外力等于繩子的拉力，應(yīng)采取的措施是：______；

要使繩子拉力約等于沙和沙桶的重力，應(yīng)滿足的條件是：保持沙和沙桶的質(zhì)量______滑塊的質(zhì)量．

(3)若挑選的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖2所示，且已知滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T，從A點(diǎn)到B、C、D、E點(diǎn)的距離依次為S1、S2、S3、S4，則由此可求得紙帶上由B點(diǎn)到D點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的過程中，沙和沙桶的重力所做的功W=______ ；該滑塊動(dòng)能改變量的表達(dá)式為△EK= ______ ．（結(jié)果用題中已知物理量的字母表示）

Answer 1

【答案】 天平 毫米刻度尺 平衡摩擦力 遠(yuǎn)小于 mg（S3-S1）

【解析】（1）①由于實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量紙帶的長度，所以需要刻度尺，根據(jù)動(dòng)能定理表達(dá)式可知，需要用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，所以缺少的器材是天平和毫米刻度尺．
②受力分析可知，使滑塊所受合外力等于繩子的拉力，應(yīng)采取的措施是平衡摩擦力平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止；
設(shè)滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，繩子上的拉力為F，則根據(jù)牛頓第二定律得：
對(duì)m有：
對(duì)M有：
聯(lián)立解得：，
因此要使繩子拉力約等于沙和沙桶的重力，應(yīng)滿足的條件是：，即保持沙和沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量。
③由點(diǎn)B到D點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的過程中，沙和沙桶的重力所做的功
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得：
B點(diǎn)的速度為：
D點(diǎn)的速度為：
該滑塊動(dòng)能改變量的表達(dá)式為，
化簡得：

或　。