Question

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所示的裝置。

① 實驗中所用電磁打點計時器是一種使用__________（填 “交流”或 “直流”）電源的計時儀器，它的工作電壓是4-6V，當電源的頻率為50Hz時，它每隔_______s打一次點。
② 實驗時為了保證滑塊受到的合力與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_________________。
③ 在②的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質量為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為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)。則本實驗最終要驗證的數學表達式為_________________。(用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量)

Answer 1

①交流，0.02秒 ②沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量　平衡摩擦力　③ mgL＝Mv₂²－Mv₁²

試題分析：①由電磁打點計時器工作原理知必須通入交流電，若頻率為50Hz，則打點周期是頻率倒數即0.02s②沙和沙桶加速下滑，處于失重狀態，其對細線的拉力小于重力，設拉力為T，根據牛頓第二定律，對沙和沙桶有 mg-T=ma，對小車有 T=Ma，解得,故當M＞＞m時，有T≈mg；小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力即為合力，則應該用重力的下滑分力來平衡摩擦力，故需將長木板的無定滑輪的一端墊高以平衡摩擦力。③合力的功為W=mgL，動能的變化為ΔE_K=Mv₂²－Mv₁²，根據動能定理需驗證的表達式為W=ΔE_K即 mgL＝Mv₂²－Mv₁²