Question

某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證動(dòng)能定理，他們在實(shí)驗(yàn)室已組裝了一套如圖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)，天平、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、細(xì)沙若干．
（1）為了用細(xì)線的拉力表示小車受到的合外力，可以改變木板的傾角，以重力的一個(gè)分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力．簡要說明你平衡摩擦力的方法．

將連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的木板一端墊一薄木片而使木板有一傾角，改變木板的傾角，輕推小車，直到小車能做勻速運(yùn)動(dòng)為止

．
（2）還需要的實(shí)驗(yàn)器材是

刻度尺

．
（3）假設(shè)用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時(shí)已完成了平衡摩擦力的操作．在沙桶中放適量的沙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且已知小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m（M遠(yuǎn)大于m），若挑選一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖2所示，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、F點(diǎn)的距離依次為S₁、S₂、S₃、S₄、S₅（圖中未標(biāo)出S₃、S₄、S₅），則由此可求得紙帶上由B點(diǎn)到E點(diǎn)所對應(yīng)的過程中，滑塊合力所做的功約為W=

mg（

S

4

-S

1

）

； 該滑塊動(dòng)能改變量的表達(dá)式為△E_k=

1

2

M(

S   5 -S   3

2T

)

2

-

1

2

M(

s   2

2T

)

2

．（結(jié)果用題中已知物理量的字母表示）

Answer 1

分析：本題（1）的關(guān)鍵是明確平衡摩擦力的方法是將連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的木板一端墊高，輕推小車直到小車能勻速運(yùn)動(dòng)，說明已經(jīng)平衡好摩擦力．（2）題關(guān)鍵是本實(shí)驗(yàn)需要刻度尺測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離．（3）題的關(guān)鍵是滑塊受到的合力等于沙和沙桶的重力，根據(jù)功的公式可求合力做的功，根據(jù)中間時(shí)刻速度公式以及動(dòng)能表達(dá)式即可求出動(dòng)能的變化．

解答：解：（1）將連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的木板一端墊一薄木片而使木板有一傾角，改變木板的傾角，輕推小車，直到小車能做勻速運(yùn)動(dòng)為止．
（2）由于需要測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，所以還需要刻度尺．
（3）小車受到的合力為F=mg，B、E間距離L=

S

4

-S

1

，所以滑塊合力所做的功為W=FL=mg（

S

4

-S

1

）
又

v

B

=

S   2

2T

，

v

E

=

S   5 -S   3

2T

，所以滑塊動(dòng)能的改變量為

△E

k

=

1

2

Mv

2 E

-

1

2

Mv

2 B

整理可得

△E

k

=

1

2

M(

S   5 -S   3

2T

)

2

-

1

2

M(

S   2

2T

)

2

故答案為：（1）將連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的木板一端墊一薄木片而使木板有一傾角，改變木板的傾角，輕推小車，直到小車能做勻速運(yùn)動(dòng)為止
（2）刻度尺
（3）mg（

S

4

-S

1

），

1

2

M(

S   5 -S   3

2T

)

2

-

1

2

M(

S   2

2T

)

2

點(diǎn)評：明確實(shí)驗(yàn)原理（平衡摩擦力的目的是為了滑塊受到的合力等于沙和沙桶的重力mg），是求解實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵．