Question

（1）某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了如图甲所示的一套装置，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、小木块、细沙．当连上纸带，释放沙桶时，滑块处于静止．要完成该实验，你认为：
①还需要的实验器材有______．
②实验时首先要做的步骤是______，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条件是______．
③在上述的基础上，某同学测得滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，测得此时沙和沙桶的总质量m．接通电源，释放沙桶，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，本实验最终要验证数学表达式为______

2-M

Answer

（1）①根据实验原理，得到需要验证的表达式，从而确定需要的器材；
②实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功，用沙和沙桶的总质量表示滑块受到的拉力，对滑块受力分析，受到重力、拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，必须使重力的下滑分量等于摩擦力；同时重物加速下降，处于失重状态，故拉力小于重力，可以根据牛顿第二定律列式求出拉力表达式分析讨论；
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．
（2）①描绘小灯泡的伏安特性曲线实验要求电流或电压从零调，滑动变阻器应用分压式接法，电流表与电压表量程要根据小灯泡的铭牌来确定；
②要画出电路图，再通过电路图判断故障所在；
③要根据表格数据适当选取标度，认真描点，画出平滑的曲线；
④通过图象读出满足条件的坐标点，然后再求功率．
【解析】
（1）【解析】
①实验要验证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小车下滑时受到重力、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；
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
对小车，有 T=Ma
解得
T=mg
故当M＞＞m时，有T≈mg
③总功为：mgL
动能增加量为：M-M；
故需要验证：mgL=M-M；
（2）①根据小灯泡铭牌知额定电压为3V，额定电流I由I=得出额定电流为0.5A，故电源应选A，电流表应选C，电压表应选D，又描绘小灯泡的伏安特性曲线实验要求电流从零调，故滑动变阻器应用分压式，应选阻值小的变阻器F．
②根据电路图电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后，发现电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则判断断路的导线为 d；若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为 h；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为g．
③根据表格中的数据作出该电珠的伏安特性曲线如图所示

④若将该灯泡与一个10Ω的定值电阻串联，直接接在题中电源两端，在I-U图象中再做出定值电阻的I-U图象，如图所示，由图象可读出当电流I=0.25A时，小灯泡两端电压为0.75V，定值电阻两端电压为2.5V（此时两电压之和接近电压电压），由P=UI得P=0.18W．
故答案为：（1）①天平、刻度尺；②平衡摩擦力，沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量；③mgL=M-M；
（2）①ACDF；②d，h，g；③如图；④00.18W．