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m.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，首先要做的步骤是      ；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v₁、v₂（v₁< v₂），已知当地的重力加速度为g. 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

(1) 刻度尺    (2) 平衡摩擦力  m<<M     (3)

解析试题分析：（1）根据实验目的及实验原理知，本实验需测量滑块运动的距离，因此还缺少的实验器材是刻度尺。
（2）在该实验中，为了保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先要在不挂沙和沙桶时将木板不带滑轮的一端抬高，使重力、支持力和摩擦力的合力为零，即平衡摩擦力；设滑块受到的拉力大小为，加速度为a，根据牛顿第二定律，对滑块有：，对沙和小桶有：，解得：，当时，才可以认为，所以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沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，即。
（3）运动过程中合外力对滑块做功为：；滑块动能的增量为：，根据动能定理实验要验证的表达式为：，即。
考点：本题考查验证动能定理的实验，意在考查考生对该实验原理的理解及实验操作能力。