Question

（1）某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖1所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源一臺，導線、復寫紙、紙帶、墊塊、細沙若干．當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)．若你是小組中的一位成員，要驗證滑塊所受合外力做的功等于其動能的變化，則：
①還需要補充的實驗器材是

天平、刻度尺

．
②為了簡化實驗，使滑塊所受合外力等于繩子的拉力，應采取的措施是：

平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止

；
要使繩子拉力約等于沙和沙桶的重力，應滿足的條件是：保持沙和沙桶的質(zhì)量

遠小于

滑塊的質(zhì)量．
③若挑選的一條點跡清晰的紙帶如圖2，且已知滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，相鄰兩個點之間的時間間隔為T，從A點到B、C、D、E點的距離依次為S₁、S₂、S₃、S₄，則由此可求得紙帶上由B點到D點所對應的過程中，沙和沙桶的重力所做的功W=

mg（S₃-S₁）

；該滑塊動能改變量的表達式為△E_K=

M

8T2

[(S4-S2)2-

S

2 2

]

．（結(jié)果用題中已知物理量的字母表示）

（2）為了減小實驗誤差，以下操作中不必要的是

AC

A．在“研究勻變速直線運動”的實驗中，供小車運動的平板應光滑．
B．在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，彈簧測力計必須與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度．
C．用落體法驗證機械能守恒定律時，必需選擇紙帶上的第一打點為起始點．
D．在“探究彈簧彈力與伸長量的關系”實驗中，彈簧豎直懸掛狀態(tài)下測出彈簧原長．

Answer 1

分析：（1）本題的關鍵是明確該實驗的實驗原理和方法，只有平衡摩擦力才能使滑塊受到的拉力為合力，只有滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量才能使繩子的拉力等于沙和沙桶的重力，然后求出合力對滑塊做的功和滑塊動能的變化，比較即可．
（2）明確實驗原理，了解具體操作即可正確解答，如“研究平拋物體運動”的實驗中要求小球每次以相同的初速度水平拋出，對于軌道是否光滑沒有要求；在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，為了減小實驗誤差，彈簧測力計必須與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度等；“驗證機械能守恒定律”的實驗中，選擇點跡清晰的點進行驗證，并非一定選擇紙帶上的第一打點為起始點；在“探究彈簧彈力與伸長量的關系”實驗中，當豎直懸掛時，由于自身重力的影響彈簧會有一段伸長量，所以先豎直懸掛，后測量原長．

解答：解：（1）①由于實驗需要測量紙帶的長度，所以需要刻度尺，根據(jù)動能定理表達式可知，需要用天平測量物體的質(zhì)量，所以缺少的器材是天平和刻度尺．
②受力分析可知，使滑塊所受合外力等于繩子的拉力，應采取的措施是平衡摩擦力平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止；
設滑塊的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，繩子上的拉力為F，則根據(jù)牛頓第二定律得：
對m有：mg-F=ma
對M有：F=Ma
聯(lián)立解得：F=

mg

(1+ m M )

，
因此要使繩子拉力約等于沙和沙桶的重力，應滿足的條件是：m＜＜M，即保持沙和沙桶的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量．
③由點B到D點所對應的過程中，沙和沙桶的重力所做的功W=mg（s₃-s₁）
根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律，得：
B點的速度為：vB=

s2

T

D點的速度為：vD=

(s4-s2)

2T

該滑塊動能改變量的表達式為△E_K=

1

2

M

v

2 D

-

1

2

M

v

2 B

，
化簡得：△EK=

1

2

M[(

S4-S2

2T

)2-(

S2

2T

)2]或　△EK=

M

8T2

[(S4-S2)2-

S

2 2

]．
（2）A、在“研究勻變速直線運動”的實驗中，只要物體所受合外力恒定，至于是否光滑沒有影響，故A錯誤；
B、本實驗是通過在白紙上作力的圖示來驗證平行四邊定則，為了減小實驗誤差，彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行，否則，作出的是拉力在紙面上的分力，誤差較大．讀數(shù)時視線必須與刻度尺垂直，防止視覺誤差，故B正確；
C、用落體法驗證機械能守恒定律時，可以舍掉開始比較密集的點，選擇點跡清晰的點為第一個點進行驗證，只要能算出重力勢能的減小量和動能的增加量即可，并非一定選擇紙帶上的第一打點為起始點，故C錯誤．
D、在“探究彈簧彈力與伸長量的關系”實驗中，當豎直懸掛時，由于自身重力的影響彈簧會有一段伸長量，所以先豎直懸掛，后測量原長，故D正確．
本題選擇不必要的，故選AC．
故答案為：（1）①天平和刻度尺；
②平衡摩擦力平衡摩擦力：先將小沙桶和滑塊的連線斷開，用墊塊將長木板的左端稍墊起，直至輕推滑塊，滑塊能在水平長木板上勻速滑行為止；遠小于；
 ③W=mg（S₃-S₁），△EK=

1

2

M[(

S4-S2

2T

)2-(

S2

2T

)2]或　△EK=

M

8T2

[(S4-S2)2-

S

2 2

]；
（2）AC．

點評：（1）注意動能定理中功是總功或合力做的功的含義，及平衡摩擦力的用意．本題考查了實驗的基礎操作，以及利用功能關系和勻變速直線運動規(guī)律來處理數(shù)據(jù)，較好的考查了學生對基礎知識、基本規(guī)律的掌握情況．
（2）實驗的核心是實驗原理，根據(jù)原理選擇器材，安排實驗步驟，分析實驗誤差，明確注意兩項，進行數(shù)據(jù)處理等等．