某探究学习小组的同学欲以右图装置中的滑块为对象验*“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们...
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某探究学习小组的同学欲以右图装置中的滑块为对象验*“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙、垫块.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)你认为还需要的实验器材有 、 .(两个)
(2)实验时为了保*滑块(质量为M)受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量m应满足的实验条件是 ,实验时首先要做的步骤是 .
(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2).则对滑块,本实验最终要验*的数学表达式为 (用题中的字母表示).
【回答】
解:(1)实验要验*动能增加量和总功是否相等,故需要求出总功和动能,故还要天平和刻度尺;
(2)沙和沙桶加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,设拉力为T,根据牛顿第二定律,有
对沙和沙桶,有 mg﹣T=ma
对滑块,有 T=Ma
解得
T=mg
故当M>>m时,有T≈mg
滑块下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力,故可以将长木板的一段垫高;
(3)总功为:mgL
动能增加量为: M﹣M
根据动能定理,则有:mgL=M﹣M
故*为:(1)刻度尺、天平;
(2)m<<M,平衡摩擦力;
(3)mgL=M﹣M.
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