Question

某同學利用如圖（1）所示的裝置來驗證由小車與鉤碼組成的系統機械能守恒
（1）現提供如下器材：
A．小車  B．鉤碼 C．一端帶滑輪的長木板  D．細繩 E．電火花打點計器  F．紙帶 G．毫米刻度尺  H．游標卡尺
I．低壓交流電源  J．220V交流電源．
實驗中不需要的器材是______（填寫器材前的字母），還需要的器材是______
（2）為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結果盡可能準確，則小車質量M和鉤碼質量m的關系應該滿足______
（3）小明和小軍同學在做該實驗時，小明認為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足（2）問中
小車質量M和鉤碼質量m的關系，而小軍卻否認小明的看法，你認為小明的看法______（選填“正確”或“不正確”），
理由是______
（4）兩位同學統～觀點后完成實驗，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點，r選擇點跡清晰且便于測量的連續7個點（標號
為0-6），測出相關距離如圖（2）所示，要驗證在第2點與第5點時系統的機械能相等，則應滿足關系式______（設小車
質量M鉤碼質量m，打點周期為T．）

Answer 1

【答案】分析：解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
本題是驗證系統機械能守恒，要找出系統的動能變化量和重力勢能的變化量．
紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，從而求出動能．根據功能關系得重力勢能減小量等于重力做功的數值．
解答：解：（1）實驗不需要游標卡尺，距離由刻度尺測量，電火花計時器直接使用220V，不需要低壓交流電源，
不需要的器材是H，I．還需要天平測量鉤碼的質量．
（2）為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結果盡可能準確，則小車質量M和鉤碼質量m的關系應該滿足M＜＜m，
這樣能使摩擦力做的功相對少些，以減小機械能的損失．
（3）小明的看法不正確，因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負功，系統機械能不守恒．
（4）利用勻變速直線運動的推論：
v₂=，
v₅=
第2點與第5點時系統的動能增加（M+m）（）²-（M+m）（）²
第2點與第5點時系統的重力勢能減小量：mg（d₅-d₂）
應滿足關系式mg（d₅-d₂）=（M+m）（）²-（M+m）（）²

故答案為：
（1）H，I，天平
（2）M＜＜m
（3）不正確，因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負功，系統機械能不守恒．
（4）mg（d₅-d₂）=（M+m）（）²-（M+m）（）²

點評：紙帶問題的處理時力學實驗中常見的問題．我們可以紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度．
要知道運動過程中能量轉化的過程和能量守恒．