Question

1．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連接好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．
②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．
③在質(zhì)量為10g、50g的兩種鉤碼中，他挑選了其中一個(gè)鉤碼掛在拉線的掛鉤P上．
④打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，釋放小車，打出一條紙帶．

（1）為了實(shí)驗(yàn)減小誤差，步驟③當(dāng)中應(yīng)當(dāng)挑選質(zhì)量為10g的鉤碼
（2）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)：
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0.5m/s．該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)作小車所受的拉力，拉力對(duì)小車做的功為0.04J，小車動(dòng)能的增量為0.025J．
（3）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)探究過程中還有操作不妥的地方．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（寫出一個(gè)原因）：小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量；沒有平衡摩擦力．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)鉤碼遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時(shí)，可減小實(shí)驗(yàn)誤差；
（2）根據(jù)重力當(dāng)做小車所受的拉力和鉤碼下降的距離可以求出拉力對(duì)小車做的功大小，根據(jù)小車在N點(diǎn)的速度可以求出小車動(dòng)能的增量；
（3）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，二是沒有平衡摩擦力．

解答 解：（1）應(yīng)選擇質(zhì)量相對(duì)較小的，確保鉤碼遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；因此選取10g；
（2）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=0.01×10×0.4=0.04J；
小車的動(dòng)能增量為：△E_k=$\frac{1}{2}$Mv²=$\frac{1}{2}×0.2×0．{5}^{2}$=0.025J．
（3）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
F=$\frac{mgM}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，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）10；（2）0.04，0.025；（3）小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼的質(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)．