Question

（2010?许昌一模）某同学为了探究“动能定理”，用如图所示的气垫导轨装置来进行实验．
（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断气垫导轨是否已经调整水平？
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是

沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量

，在本次实验中还需要测量的物理量有：沙和沙桶的总质量m、遮光条的宽度d、遮光条通过光电门的时间t、滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s和

滑块的质量M

（用文字说明并用相应的字母表示）．
（3）在（2）的基础上，往沙桶中装入适量的细沙，沙桶带动滑块由静止加速运动经过光电门，则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为

mgs=

1

2

M(

d

t

)2

（用题中的字母表示）．
（4）如果要用此实验装置来探究滑块与沙和沙桶组成的系统机械能是否守恒，本实验需要通过比较

mgs

和

1

2

(M+m)(

d

t

)2

在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示）．

Answer 1

分析：（1）明确实验原理以及气垫导轨装置的特点可正确解答；
（2）根据牛顿第二定律可以推导出滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等的条件，根据实验目的可知需要测量的数据；
（3）实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，求出合力的功和动能的增加量即可；
（4）以系统为研究对象，求出系统重力势能的减小量和系统动能的增加量可正确解答本题．

解答：解：（1）气垫导轨可以认为是光滑的，在判断其是否水平时可以采取的方法是：接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，滑块基本保持静止说明导轨是光滑的（或接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动）．
故答案为：接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，滑块基本保持静止（或接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动）．
（2）设绳子上拉力为F（即滑块的合外力为F），对小车根据牛顿第二定律有：
F=Ma    ①
对砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

=

mg

1+ m M

，由此可知当M＞＞m时，沙和沙桶的重力等于绳子的拉力；
由于实验需要计算滑块的动能，因此需要测量滑块的质量M．
故答案为：沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，滑块的质量M．
（3）滑块的外力做功为：W=mgs
由于遮光条通过光电门的时间极端，因此可以用其平均速度代替瞬时速度，故滑块的动能为：
Ek=

1

2

M(

d

t

)2
故选需要验证的关系式为：mgs=

1

2

M(

d

t

)2
故答案为：mgs=

1

2

M(

d

t

)2．
（4）若以组成的系统为研究对象，则系统重力势能的减小量为：△E_P=mgs
系统动能的增量为：△Ek=

1

2

(M+m)(

d

t

)2．
故答案为：：△Ek=

1

2

(M+m)(

d

t

)2．

点评：明确实验原理以及相应的物理规律，熟悉具体操作，提高应用基本物理规律解决问题的能力．