Question

某同学用如图所示的气垫导轨和光电门装置来做“验证动能定理”的实验，他的操作步骤如下∶

①将一端带有定滑轮的气垫导轨放置在实验台上，②将光电门固定在气垫轨道上离定滑轮较近一端的某点B处，③将带有遮光条的质量为M的滑块放置在气垫导轨上的A处，④用n个质量为m的钩码连接成串，经绕过滑轮的细线拉滑块，使滑块从A点由静止释放，在光电计时器上读出遮光条通过光电门的时间t ，⑤改变钩码个数，使滑块每次从同一位置A由静止释放，重复上述实验过程。实验中释放点A到光电门的距离为s ，遮光条的宽度为d：

(1)该同学操作中疏漏的重要实验步骤是___________；

(2)数据处理时，该同学认为钩码的总重力等于滑块所受的外力，得出滑块动能的表达式为______，滑块所受外力做功的表达式为______；

(3)根据你掌握的物理知识判断，该同学认为“钩码的总重力等于滑块所受的外力”，是否合理，并说明理由______；

(4)该同学正确操作后，用图像法处理数据，若以钩码个数为横轴，以时间t的____次方为纵轴，画出的图像是直线，直线斜率的表达式是____。

Answer

第①步中，气垫导轨应调水平 nmgs 不合理，因钩码处于失重状态，因而钩码的总重力大于滑块所受的外力 -2

【解析】

(1)[1]为了保证细绳的拉力为滑块的合外力，需要细绳与导轨平行，则第①步中，气垫导轨应调水平；

(2)[2]对滑块进行分析，合外力做功等于动能的变化，若钩码的总重力等于滑块所受的外力，则滑块动能的表达式为

[3]滑块所受外力做功的表达式为

(3)[4]若同学认为“钩码的总重力等于滑块所受的外力”是不合理的，对钩码由牛顿第二定律

对滑块

联立可得

故当时，，则理由是因钩码处于失重状态，因而钩码的总重力大于滑块所受的外力。

(4)[5][6]若，对滑块由动能定理

可得

故以时间t的负二次方为纵轴，以钩码个数n为横轴，画出的图像是直线，直线斜率的表达式是。