Question

【題目】為驗證“拉力做功與物體動能改變的關(guān)系”，某同學(xué)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(zhì)量為200g的小車、質(zhì)量分別為10g、30g和50g的鉤碼、細(xì)線、學(xué)生電源。該同學(xué)進(jìn)行下列操作:

A.組裝實驗裝置，如圖甲所示

B.將質(zhì)量為200g的小車?yán)�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(fù)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理

請你完成下列問題。

（1）該同學(xué)將紙帶上打的第一個點標(biāo)為“0”，且認(rèn)為打“0”時小車的速度為零，其后依次標(biāo)出計數(shù)點1、2、3、 4、5、6（相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫），各計數(shù)點間的時間間隔為0.1s， 如圖乙所示。該同學(xué)測量出計數(shù)點0到計數(shù)點3、4、5的距離，并標(biāo)在圖乙上。如果將鉤碼的重力在數(shù)值上當(dāng)成小車所受的拉力，則在打計數(shù)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(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

（2）由（1）中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學(xué)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(jié)論， 且對其他的點（如2、3、5點）進(jìn)行計算的結(jié)果與“4”計數(shù)點相似。你認(rèn)為產(chǎn)生這種實驗結(jié)果的主要原因可能是_________。

Answer 1

【答案】0.059 0.034 小車質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量，沒有平衡摩擦力

【解析】

(1)[1]在打計數(shù)點0到4的過程中，拉力對小車做的功為

[2]根據(jù)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(chǎn)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(shè)繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：

對砂桶和砂有：

則

由此可知當(dāng)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(jìn)行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差。