Question

【題目】某同學(xué)為探究“合力做功與物體動能改變的關(guān)系”，設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是:

A.按如圖擺好實(shí)驗(yàn)裝置;

B.將質(zhì)量M=0.2kg的小車?yán)�到打點(diǎn)計時器附近，并按住小車;

C.在總質(zhì)量m分別為20g、30g、40g的三種鉤碼中，挑選了一個質(zhì)量為40g的鉤碼掛在拉線的掛鉤上;

D.接通打點(diǎn)計時器的電源(電源頻率為f=50Hz)，然后釋放小車，打出一條紙帶.
①多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，從中挑選一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖所示.把打下的第一點(diǎn)記作“0”，然后依次取若干個計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，用毫米刻度尺測得各計數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為 ，他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓�加速�?/span>作為小車所受合力算出打下“0”點(diǎn)到打下“5”點(diǎn)合力做功.則合力做功W=________J，小車動能的改變量_____________J（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）
②此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他沒能得到“合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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置和操作過程幫助分析一下，造成較大_________（“系統(tǒng)”或“偶然”）誤差的主要原因是___________________________________________；_____________________________________________________________________________(寫出兩條即可)

Answer 1

【答案】0.0735； 0.0572； 系統(tǒng)； 未平衡摩擦力； 小車質(zhì)量未遠(yuǎn)大于購碼質(zhì)量；

【解析】

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(yùn)動中時間中點(diǎn)的瞬時速度等于該過程中的平均速度可以求出第5個點(diǎn)的速度大小，進(jìn)一步求出其動能大小；
②實(shí)驗(yàn)誤差主要來自由實(shí)驗(yàn)原理不完善導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差；

①從打下第一點(diǎn)到打下第5點(diǎn)拉力對小車做的功為：；

根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度，則：

小車動能的改變量：

②該實(shí)驗(yàn)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：
對鉤碼有：

聯(lián)立得到：

由此可知當(dāng)時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，顯然該實(shí)驗(yàn)中沒有滿足這個條件；
二是該實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差

顯然，這是由于系統(tǒng)不完善而造成的系統(tǒng)誤差。