Question

“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”的實驗裝置如圖甲所示．
（1）在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙袋如圖所示．計時器大點的時間間隔為0.02s．從比較清晰的點起，每5個點取一個計數點，量出相鄰計數點之間的距離．該小車的加速度a=______m/s²．（結果保留兩位有效數字）
（2）某探究學習小組的同學欲以上圖裝置中的小車為對象驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細沙．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．若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則：你認為還需要的實驗器材有______．
（3）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______，實驗時首先要做的步驟是______．
（4）在上面的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質量M．往沙桶中裝入適量的細沙，用天平稱出此時沙和沙桶的總質量m．讓沙桶帶動滑塊加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．則對滑塊，本實驗最終要驗證的數學表達式為______（用題中的字母表示）．
（5）如果實驗時所用滑塊質量為M，沙及沙桶總質量為m，讓沙桶帶動滑塊在水平氣墊導軌上加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v₁與v₂（v₁＜v₂）．要探究滑塊與沙及沙桶組成的系統機械能是否守恒，則最終需驗證的數學表達式為______（用題中的字母表示）．

Answer 1

解：（1）設第一段位移為x₁，第二段位移為x₂，由：△x=aT²得：
=0.16m/s²
（2）以小車為對象驗證“動能定理”，合外力做的功為：mgL，小車動能的變化量為：，所以我們需要驗證：，需要測量或計算的物理量為：m，M，L，v，所以需要的儀器主要有：天平（質量）刻度尺（位移）打點計時器（速度）．
（3）在實驗的過程中，我們認為繩子的拉力F等于沙桶和沙子的重力mg，而在小車運動中還會受到阻力，所以我們首先需要平衡摩擦力．并且實際上繩子的拉力F=Ma=mg，故應該是m＜＜M，即：要求小車的質量遠遠大于沙桶和沙子總質量．
（4）以小車為對象驗證“動能定理”，合外力做的功為：mgL，小車動能的變化量為：，所以我們需要驗證：
（5）在實驗中，能量轉化是：沙桶和沙子的損失的重力勢能轉化為整個系統的動能，沙桶和沙子的損失的重力勢能為：mgL，整個系統增加的動能：；
所以我們需要驗證：
故答案為：（1）0.16
（2）天平，刻度尺
（3）小車的質量遠遠大于沙桶和沙子總質量，平衡摩擦力
（4）
（5）
分析：（1）小車做勻加速直線運動，可利用勻變速直線運動的推論△x=aT²求解加速度．
（2）以小車為對象驗證“動能定理”，需要驗證的是：，需要測量或計算的物理量為：m，M，L，v，所以需要的儀器主要有：天平（質量）刻度尺（位移）打點計時器（速度）．
（3）在實驗的過程中，我們認為繩子的拉力F等于沙桶和沙子的重力mg，而實際上繩子的拉力F=Ma=mg，故應該是m＜＜M，即：要求小車的質量遠遠大于沙桶和沙子總質量．
（4）以小車為對象驗證“動能定理”，合外力做的功為：mgL，小車動能的變化量為：，所以我們需要驗證：
（5）在實驗中，能量轉化是：沙桶和沙子的損失的重力勢能轉化為整個系統的動能，可列式分析．
點評：不管是考查什么實驗，首先要找到實驗原理，我們就可以根據實驗原理找需要的實驗儀器，找實驗時需要注意的問題，列式求解一些需要的物理量．