Question

【題目】為驗證“拉力做功與物體動能改變的關系”，某同學到實驗室找到下列器材:長木板（一端帶定滑輪）、打點計時器、質量為200g的小車、質量分別為10g、30g和50g的鉤碼、細線、學生電源。該同學進行下列操作:

A.組裝實驗裝置，如圖甲所示

B.將質量為200g的小車拉到打點計時器附近，并按住小車

C.選用50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上

D.釋放小車，接通打點計時器的電源，打出一條紙帶

E.在多次重復實驗得到的紙帶中選出一條點跡清晰的紙帶，如圖乙所示

F.進行數據采集與處理

請你完成下列問題。

（1）該同學將紙帶上打的第一個點標為“0”，且認為打“0”時小車的速度為零，其后依次標出計數點1、2、3、 4、5、6（相鄰兩個計數點間還有四個點未畫），各計數點間的時間間隔為0.1s， 如圖乙所示。該同學測量出計數點0到計數點3、4、5的距離，并標在圖乙上。如果將鉤碼的重力在數值上當成小車所受的拉力，則在打計數點0到4的過程中，拉力對小車做的功為_______J，小車的動能增量為_______J。（重力加速度g取9.8m/s2，結果均保留兩位有效數字）

（2）由（1）中數據發現，該同學并沒有能夠得到“拉力對物體做的功等于物體動能增量”的結論， 且對其他的點（如2、3、5點）進行計算的結果與“4”計數點相似。你認為產生這種實驗結果的主要原因可能是_________。

Answer 1

【答案】0.059 0.034 小車質量不滿足遠大于鉤碼質量，沒有平衡摩擦力

【解析】

(1)[1]在打計數點0到4的過程中，拉力對小車做的功為

[2]根據中點時刻的速度等于平均速度

所以小車的動能增量為

(2)[3]該實驗產生誤差的主要原因是鉤碼的重力大小并不等于繩子拉力的大小，設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：

對砂桶和砂有：

則

由此可知當M>>m時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，顯然該實驗中沒有滿足這個條件，另外該實驗要進行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差。