Question

【題目】為驗證“拉力做功與物體動能變化的關系”，某同學到實驗室找到下列器材：長木板(一端帶定滑輪)、電磁打點計時器、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(有“直流”和“交流”擋)．該同學進行下列操作：

A．組裝實驗裝置，如圖(a)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．接通打點計時器的電源，釋放小車，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(b)所示

F．進行數據采集與處理

請你完成下列問題：

（1）該同學將紙帶上打出的第一個點標為“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(b)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(b)上，如果將鉤碼的重力在數值上當作小車所受的拉力，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．(取重力加速度g=9.8 m/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有________________(填寫正確的選項)

A．小車質量不滿足遠大于鉤碼質量

B．沒有平衡摩擦力

C．沒考慮鉤碼動能的增加

Answer 1

【答案】 0.59J 0.034J ABC

【解析】試題分析：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4個點的速度大小，進一步求出其動能大小；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．

（1）根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，相鄰的兩個計數點間的時間間隔為T=0.1s，得，小車的動能增量為，

（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： …①，對砂桶和砂有： …②，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；還有可能沒有考慮鉤碼的動能的增加，故ABC正確．