Question

14．為驗(yàn)證“拉力做功與物體動能改變的關(guān)系”，某同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室找到下列器材：長木板（一端帶定滑輪）、電磁打點(diǎn)計時器、質(zhì)量為200g的小車、質(zhì)量分別為10g、30g和50g的鉤碼、細(xì)線、學(xué)生電源（有“直流”和“交流”檔）．該同學(xué)進(jìn)行下列操作
A．組裝實(shí)驗(yàn)裝置，如圖a所示
B．將質(zhì)量為200g的小車?yán)�到打點(diǎn)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．釋放小車，接通打點(diǎn)計時器的電源，打出一條紙帶
E．在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖b所示
F．進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理

請你完成下列問題：
（1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生電源應(yīng)選擇用交流檔（選填“直流”或“交流”）．
（2）該同學(xué)將紙帶上打的第一個點(diǎn)標(biāo)為“0”，且認(rèn)為打“0”時小車的速度為零，其后依次標(biāo)出計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5、6（相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)未畫），各計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為0.1s，如圖b所示．該同學(xué)測量出計數(shù)點(diǎn)0到計數(shù)點(diǎn)3、4、5的距離，并標(biāo)在圖b上．則在打計數(shù)點(diǎn)4時，小車的速度大小為0.58m/s；如果將鉤碼的重力在數(shù)值上當(dāng)作小車所受的拉力，則在打計數(shù)點(diǎn)0到4的過程中，拉力對小車做的功為0.059J，小車的動能增量為0.034J．（取重力加速度g=9.8m/s²，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）
（3）由（2）中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學(xué)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(jié)論，且對其他的點(diǎn)（如2、3、5點(diǎn)）進(jìn)行計算的結(jié)果與“4”計數(shù)點(diǎn)相似．你認(rèn)為產(chǎn)生這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要原因有（寫出兩條即可）
①小車的質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量；
②沒有平衡摩擦力．

Answer 1

分析 （1）打點(diǎn)計時器是一種計時儀器，使用交流電源；
（2）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4個點(diǎn)的速度大小，進(jìn)一步求出其動能大小；
（3）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，沒有平衡摩擦力導(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）打點(diǎn)計時器使用交流電，則學(xué)生電源應(yīng)選擇用交流擋．
（2）點(diǎn)4的瞬時速度等于3、5兩點(diǎn)間的平均速度，則${v}_{4}=\frac{{x}_{35}}{2T}=\frac{0.1850-0.069}{0.2}=0.58m/s$，
在打計數(shù)點(diǎn)0到4的過程中，拉力對小車做的功為：W=mgs=0.05×9.8×0.12=0.059J；
小車的動能增量為：△E_K=$\frac{1}{2}M{{v}_{4}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2×0.5{8}^{2}=0.034J$；
（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，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma…①
對砂桶和砂有：mg-F=ma…②
F=$\frac{M}{M+m}$，
由此可知當(dāng)M＞＞m時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，顯然該實(shí)驗(yàn)中沒有滿足這個條件；另外該實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差．
故答案為：（1）交流；（2）0.58；0.059；0.034；（3）①小車的質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量；②沒有平衡摩擦力．

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)．