Question

（2010?許昌一模）某同學為了探究“動能定理”，用如圖所示的氣墊導軌裝置來進行實驗．
（1）實驗前需要調整氣墊導軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷氣墊導軌是否已經(jīng)調整水平？
（2）實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質量應滿足的實驗條件是

沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量

，在本次實驗中還需要測量的物理量有：沙和沙桶的總質量m、遮光條的寬度d、遮光條通過光電門的時間t、滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s和

滑塊的質量M

（用文字說明并用相應的字母表示）．
（3）在（2）的基礎上，往沙桶中裝入適量的細沙，沙桶帶動滑塊由靜止加速運動經(jīng)過光電門，則對滑塊，本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為

mgs=

1

2

M(

d

t

)2

（用題中的字母表示）．
（4）如果要用此實驗裝置來探究滑塊與沙和沙桶組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，本實驗需要通過比較

mgs

和

1

2

(M+m)(

d

t

)2

在實驗誤差允許的范圍內相等（用測量的物理量符號表示）．

Answer 1

分析：（1）明確實驗原理以及氣墊導軌裝置的特點可正確解答；
（2）根據(jù)牛頓第二定律可以推導出滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等的條件，根據(jù)實驗目的可知需要測量的數(shù)據(jù)；
（3）實驗要測量滑塊動能的增加量和合力做的功，求出合力的功和動能的增加量即可；
（4）以系統(tǒng)為研究對象，求出系統(tǒng)重力勢能的減小量和系統(tǒng)動能的增加量可正確解答本題．

解答：解：（1）氣墊導軌可以認為是光滑的，在判斷其是否水平時可以采取的方法是：接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，滑塊基本保持靜止說明導軌是光滑的（或接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運動）．
故答案為：接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，滑塊基本保持靜止（或接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導軌上，輕推滑塊，滑塊能基本做勻速直線運動）．
（2）設繩子上拉力為F（即滑塊的合外力為F），對小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma    ①
對砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

=

mg

1+ m M

，由此可知當M＞＞m時，沙和沙桶的重力等于繩子的拉力；
由于實驗需要計算滑塊的動能，因此需要測量滑塊的質量M．
故答案為：沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量，滑塊的質量M．
（3）滑塊的外力做功為：W=mgs
由于遮光條通過光電門的時間極端，因此可以用其平均速度代替瞬時速度，故滑塊的動能為：
Ek=

1

2

M(

d

t

)2
故選需要驗證的關系式為：mgs=

1

2

M(

d

t

)2
故答案為：mgs=

1

2

M(

d

t

)2．
（4）若以組成的系統(tǒng)為研究對象，則系統(tǒng)重力勢能的減小量為：△E_P=mgs
系統(tǒng)動能的增量為：△Ek=

1

2

(M+m)(

d

t

)2．
故答案為：：△Ek=

1

2

(M+m)(

d

t

)2．

點評：明確實驗原理以及相應的物理規(guī)律，熟悉具體操作，提高應用基本物理規(guī)律解決問題的能力．