Question

（2008?湛江二模）某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室已组装了一套如图1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一台，天平、导线、复写纸、纸带、细沙若干．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时已完成了平衡摩擦力的操作．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
①还需要的实验器材

刻度尺

．
②在沙桶中放适量的沙进行实验，且已知滑块的质量为M，沙和沙桶的总质量为m（M远大于m），若挑选一条点迹清晰的纸带如图2所示，相邻两个点之间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为S₁、S₂、S₃、S₄、S₅（图中未标出S₃、S₄、S₅），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，滑块合力所做的功约为W=

mg（s₄-s₃）

； 该滑块动能改变量的表达式为△E_k=

1

2

M((

S5-S3

2T

)2-(

S2

2T

)2)

．（结果用题中已知物理量的字母表示） 

Answer 1

分析：根据重力做功特点以及功能关系，熟练应用匀变速直线运动规律，正确进行验证机械能守恒定律的数据处理．

解答：解：①因挂上空桶时滑块静止时，说明滑块受到摩擦力作用，应首先平衡摩擦力，这样滑块受到的合力即为绳对小车的拉力．要求总功和动能需要知道滑块的质量和滑块的位移，故应需要有刻度尺．
②根据重力做功特点可知：W=mg（s₄-s₁）
根据匀变速直线运动的特点有：
B点速度为：v_B=

s2

2T

v_E=

s5-s3

2T

所以动能增量为：△E_K=

1

2

M（

s5-s3

2T

）²-（

s2

2T

）²]或△E_K=

m

8T2

[（s₅-s₃）²-s₂²]．
根据功能关系可知，若重力做功和动能增量基本相等，则说明机械能是守恒的．
故答案为：刻度尺；mg（s₄-s₃）；△EK=

1

2

M((

S5-S3

2T

)2-(

S2

2T

)2)或△E_K=

M

8T2

[（s₅-s₃）²-s₂²]．

点评：注意动能定理中功是总功或合力做的功的含义，及平衡摩擦力的用意．本题考查了实验的基础操作，以及利用功能关系和匀变速直线运动规律来处理数据，较好的考查了学生对基础知识、基本规律的掌握情况．