Question

【題目】某同學為探究“恒力做功與物體動能改變的關系”，設計了如下實驗，他的操作步驟是：

①擺好實驗裝置如圖.

②將質量為200 g的小車拉到打點計時器附近，并按住小車．

③在質量為10 g、30 g、50 g的三種鉤碼中，他挑選了一個質量為50 g的鉤碼掛在拉線P上．

④釋放小車，打開打點計時器的電源，打出一條紙帶．

(1)在多次重復實驗得到的紙帶中取出較為滿意的一條，經測量、計算，得到如下數據：

①第一個點到第N個點的距離為40.0 cm.

②打下第N點時小車的速度大小為1.00 m/s.

該同學將鉤碼的重力當作小車所受的拉力，算出拉力對小車做的功為________J，小車動能的增量為________J.（結果保留2為有效數字）

(2)此次實驗探究結果，他沒能得到“恒力對物體做的功，等于物體動能的增量”，且誤差很大，顯然，在實驗探究過程中忽視了各種產生誤差的因素．請你根據該同學的實驗操作過程幫助分析一下，造成較大誤差的主要原因是(至少說出一種可能)：_________________________________________

Answer 1

【答案】（1）0.20，0.10，（2）小車質量沒有遠大于鉤碼質量，沒有平衡摩擦力

【解析】試題分析：（1）將砝碼重力當作小車所受合外力，根據功的定義可以正確解答，根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度可以求出第5個點的速度大小，進一步求出其動能大小；

（2）實驗誤差主要來自兩個方面一是由實驗原理不完善，沒有平衡摩擦力導致的系統誤差，一是由數據測量如測量距離等導致的偶然誤差，可以從這兩個方面進行分析．

解：（1）從打下第一點到打下第N點拉力對小車做的功：W=mgs=0.20J；

小車的動能增量為：△EK==0.10J．

（2）該實驗產生誤差的主要原因一是鉤碼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：

F=Ma ①

對砂桶和砂有：mg﹣F=ma ②

F=mg，

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．

故答案為：（1）0.20，0.10，（2）小車質量沒有遠大于鉤碼質量，沒有平衡摩擦力