Question

15．某探究学习小组的同学欲以下图装置中的小车为研究对象验证“动量定理”，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．当小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上钩码时，释放钩码，并使小车处于静止状态．要完成该项实验，则：
（1）还需要的实验器材有AB．
A．天平   B．刻度尺   C．秒表    D．游标卡尺
（2）实验时为了保证小车（质量为M）受到的合力与钩码的总重力（mg）大小基本相等，在满足m＜＜M的条件下，实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力．
（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量小车的质量M及钩码的总质量m．让钩码带动小车加速运动，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A、B，如图所示测出S_A、S_B，已知交流电源的频率为f．则对小车，本实验最终要验证的数学表达式为$mg•\frac{10}{f}=M\frac{{f{S_B}}}{2}-M\frac{{f{S_A}}}{2}$（用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）．

Answer 1

分析 （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）实验要测量小车受到的冲量和动量变化，根据实验原理可明确应进行的操作；
（3）小车受到的冲量为滑块重力产生的冲量，根据动量定理可明确对应的表达式．

解答 解：（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；
故选AB；
（2）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：平衡摩擦；
（3）以A为起点B为终点进行分析，由图可知，两点间的时间间隔为t=10T=$\frac{10}{f}$；
根据平均速度公式可知，A点的速度为：
v_A=$\frac{f{S}_{A}}{2}$；
B点的速度为：v_B=$\frac{f{S}_{B}}{2}$
根据动量定理可知：
mgt=Mv_B-Mv_A
解得：$mg•\frac{10}{f}=M\frac{{f{S_B}}}{2}-M\frac{{f{S_A}}}{2}$
故答案为：（1）A、B；  （2）平衡摩擦力；
（3）$mg•\frac{10}{f}=M\frac{{f{S_B}}}{2}-M\frac{{f{S_A}}}{2}$

点评 本实验为课本中没有的实验，但分析即可以发现，本题借助了几个我们所学过的实验，同时只需要明确验证动量定理的内容即可正确列式求解．