(2013?泰安三模)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.按圖甲擺好實(shí)驗(yàn)裝置,其中小車的質(zhì)量M=0.50kg,鉤碼的總質(zhì)量m=0.10kg;
b.釋放小車,然后接通打點(diǎn)計時器的電源(電源的頻率f=50Hz),打出一條紙帶.
①他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出最②滿意的一條,如圖乙所示.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,用厘米刻度尺測得各相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離分別為d1=0.008m,d2=0.024m,d3=0.041m,d4=0.056m,d5=0.072m,d6=0.088m…他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2)作為小車所受合力算出從打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)時合力所做的功W=
0.197
0.197
J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),把打下第5點(diǎn)時小車的動能作為小車動能的改變量,算得Ek
0.160
0.160
J.(結(jié)果保留三位有效數(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.通過反思,他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下,其中正確的是
B
B

A.鉤碼質(zhì)量太大,使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏小太多
B.沒有平衡摩擦力,使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多
C.釋放小車和接通電源的次序有誤,使得動能增量的測量值比真實(shí)值偏小
D.根本原因是沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離.
分析: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。
實(shí)驗(yàn)誤差主要來自兩個方面一是由實(shí)驗(yàn)原理不完善導(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根據(jù)題意物體所受合外力為:F=mg=0.10×9.8=0.98N,
0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)的位移h=d1+d2+d3+d4+d5=0.008+0.024+0.041+0.056+0.072=0.201m
根據(jù)功的定義可知:W=Fs=mgh=0.98×0.201J=0.197J;
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)的速度大小為:
v=
d5+d6
2T

因?yàn)門=0.1s,
所以v=
0.072+0.088
2×0.1
m/s=0.8m/s

根據(jù)動能公式:Ek=
1
2
mv2=
1
2
×0.50×0.82J=0.160
J
②A、設(shè)繩子上拉力為F,對小車根據(jù)牛頓第二定律有:
對小車:F=Ma    ①
對鉤碼有:mg-F=ma   ②
所以F=
mgM
M+m
,由此可知當(dāng)M>>m時,鉤碼的重力等于繩子的拉力.題中小車的質(zhì)量M=0.50kg,鉤碼的總質(zhì)量m=0.10kg,鉤碼的質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,故合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大,故A錯誤;
B、實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行平衡摩擦力操作,若沒有平衡摩擦力直接將鉤碼重力做的功當(dāng)做小車合外力做的功,會造成較大誤差,故B正確;
C、釋放小車和接通電源的順序有誤,影響打點(diǎn)多少,不一定會使動能的測量偏小,故C錯誤;
D、距離的測量產(chǎn)生的誤差不是該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的主要誤差,故D錯誤.
故選:B.
故答案為:①0.197;0.160;②B.
點(diǎn)評: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).
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