Question

（2010?紅橋區(qū)二模）某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動能改變的關(guān)系”，設(shè)計了如下實驗，他的操作步驟是：
①擺好實驗裝置如圖所示．
②將質(zhì)量為200g的小車?yán)�到打點計時器附近，并按住小車．
③在質(zhì)量為10g、30g、50g的三種鉤碼中，他挑選了一個質(zhì)量為50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上．
④釋放小車，打開電磁打點計時器的電源，打出一條紙帶．
（1）在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條．經(jīng)測量、計算，得到如下數(shù)據(jù)：
①第一個點到第N個點的距離為40.0cm．
②打下第N點時小車的速度大小為1.00m/s．
該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)作小車所受的拉力，算出：拉力對小車做的功為

0.20

J，小車動能的增量為

0.10

J．（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）
（2）此次實驗探究結(jié)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(chǎn)生誤差的因素．請你根據(jù)該同學(xué)的實驗裝置和操作過程幫助分析一下，造成較大誤差的三個主要原因是：
①

小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量

；②

沒有平衡摩擦力

；③

操作錯誤：先放小車后開電源

．

Answer 1

分析：（1）將砝碼重力當(dāng)作小車所受合外力，根據(jù)功的定義可以正確解答，根據(jù)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(jìn)一步求出其動能大��；
（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(dǎo)致的系統(tǒng)誤差，一是由數(shù)據(jù)測量如測量距離等導(dǎo)致的偶然誤差，可以從這兩個方面進(jìn)行分析．

解答：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=

1

2

Mv2=0.10J．
（2）該實驗產(chǎn)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(shè)繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma    ①
對砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
F=

M

M+m

mg，
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．
故答案為：（1）0.20，0.10，（2）小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量，沒有平衡摩擦力，操作錯誤：先放小車后開電源，

點評：明確實驗原理往往是解決實驗問題的關(guān)鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關(guān)系的實驗類似可以類比學(xué)習(xí)．