Question

5．某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是：
①擺好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，將質(zhì)量為200g的小車?yán)�到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，并按住小車．
②在質(zhì)量為10g、30g、50g的三種鉤碼中，他挑選了一個(gè)質(zhì)量為50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上．
③釋放小車，打開電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，打出一條紙帶．
（1）在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條．經(jīng)測(cè)量、計(jì)算，得到如下數(shù)據(jù)（g取10m/s²）：
①第一個(gè)點(diǎn)到第N個(gè)點(diǎn)的距離為40.0cm．②打下第N點(diǎn)時(shí)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(duì)小車做的功為0.20J，小車動(dòng)能的增量為0.10J．
（2）此次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，他沒能得到“恒力對(duì)物體做的功，等于物體動(dòng)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(qǐng)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，造成較大誤差的主要原因是：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（至少寫出兩條）．

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(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度可以求出第5個(gè)點(diǎn)的速度大小，進(jìn)一步求出其動(dòng)能大��；
（2）實(shí)驗(yàn)誤差主要來自兩個(gè)方面一是由實(shí)驗(yàn)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(cè)量如測(cè)量距離等導(dǎo)致的偶然誤差，可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析．

解答 解：（1）從打下第一點(diǎn)到打下第N點(diǎn)拉力對(duì)小車做的功：W=mgs=0.05×10×0.4=0.20J；
小車的動(dòng)能增量為：$△{E}_{K}=\frac{1}{2}M{v}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×1=0.10$J．
（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(duì)小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma    ①
對(duì)砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
解得：$F=\frac{Mmg}{M+m}$，
由此可知當(dāng)M＞＞m時(shí)，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，顯然該實(shí)驗(yàn)中沒有滿足這個(gè)條件；另外該實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行平衡摩擦力操作，否則也會(huì)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．

點(diǎn)評(píng) 明確實(shí)驗(yàn)原理往往是解決實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵，該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)類似可以類比學(xué)習(xí)．