Question

11．某实验小组利用拉力传感器、光电门等器材探究滑块“动能定理”的实验，实验装置如图所示，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处，并通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处．测得滑块（含遮光板和拉力传感器）质量为M、钩码总质量为m、AB之间的距离为L，当地的重力加速度为g．将滑块在如图A位置由静止释放后，拉力传感器记录下滑块在运动过程的拉力为F，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间分别为△t．
①实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M否（填：是、否）
②实验中还需要测量的物理量是遮光片的宽度d（用文字及相应的符号表示）．
③则本实验中探究滑块动能定理的表达式为FL=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²（用以上对应物理量的符号表示）．

Answer 1

分析 本实验要测量拉力做的功，故要用刻度尺测量光电门A至光电门B中心之间的距离L．
滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度．根据动能定理列方程．
本实验用了气垫导轨，摩擦力几乎没有，不需要平衡摩擦力．

解答 解：①拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关；故不需要钩码总质量m远小于滑块质量M；
②为了测量拉力的功，需要知道速度的大小，故要测量遮光片的宽度d．
③由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则通，B点的速度v=$\frac{d}{△t}$，
拉力做功W=FL
动能的增加量为为：△E_k=$\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²-0
故本实验中探究动能定理的表达式为：FL=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²．
故答案为：①否；②遮光片的宽度d；③FL=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²．

点评 本题考查验证动能定理的实验，在处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项．