Question

Ⅰ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

 

．
Ⅱ．在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位cm）．
（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是

 

，应记作

 

cm．
（2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s²，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为

 

，而动能的增加量为

 

，（均保留3位有效数字，重锤质量用m=0.1kg）．这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量

 

动能的增加量，原因是

 

．

Answer 1

分析：I、（1）根据实验原理，得到需要验证的表达式，从而确定需要的器材．
（2）实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，用沙和沙桶的总质量表示滑块受到的拉力，对滑块受力分析，受到重力、拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，必须使重力的下滑分量等于摩擦力；同时重物加速下降，处于失重状态，故拉力小于重力，可以根据牛顿第二定律列式求出拉力表达式分析讨论在什么情况下合力与沙桶的总重力大小基本相等．
II、（1）毫米刻度尺最小刻度是1mm，所以需要估读到下一位．
（2）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出动能的增加量：

1

2

mv2；根据重力做功和重力势能的关系，可以求出重力势能的减小量：mgh；由于物体下落过程中存在摩擦阻力，因此动能的增加量小于势能的减小量．

解答：解：（1）①以小车为对象验证“动能定理”，合外力做的功为：mgL，小车动能的变化量为：

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

，所以我们需要验证：mgL=

1

2

M

v

2 2

-

1

2

M

v

2 1

，需要测量或计算的物理量为：m，M，L，v，所以还需要的仪器有：天平、刻度尺．
②设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：
F=Ma    ①
对砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

=

mg

1+ m M

，由此可知当M＞＞m时，砂和砂桶的重力等于绳子的拉力，同时要平衡摩擦力．
故答案为：沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力．
II、（1）毫米刻度尺测量长度，要求估读即读到最小刻度的下一位，因此这三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC段：15.7，应记作15.70cm．
故答案为：OC　15.70．
（2）重力势能减小量：△E_p=mgh=9.8×0.1242m J=1.22mJ
中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小：
vB=

xAC

2T

=1.55m/s
EkB=

1

2

m

v

2 B

=1.20mJ
由于物体下落过程中存在摩擦阻力，因此动能的增加量小于势能的减小量．
故答案为：大于；因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能．

点评：正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、实验步骤、所测数据等，会起到事半功倍的效果．