Question

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(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是：
①按圖擺好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M=0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m=0.05kg．

②釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源（電源頻率為f=50Hz），打出一條紙帶．
（1）他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖所示．
把打下的第一點(diǎn)記作0，然后依次取若干個計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，用厘米刻度尺測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d₁=0.41m，d₂=0.055m，d₃=0.167m，d₄=0.256m，d₅=0.360m，d₆=0.480m…，他把鉤碼重力（當(dāng)?shù)刂亓�加速度g=9.8m/s²）作為小車所受合力算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功．W=

0.176

J（結(jié)果保留三位有效數(shù)字），用正確的公式E_k=

Mf2

200

(d6-d4)2

（用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式）把打下第5點(diǎn)時小車動能作為小車動能的改變量，算得E_k=0.125J．
（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

AB

．
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)值偏大太多
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．沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因．

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��；
（2）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=0.05×9.8=0.49N，
根據(jù)功的定義可知：W=Fs=mgh=0.176J；
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=

d6-d4

2T

（其中T=5×

1

f

=

5

f

）
動能公式為：E_k=

1

2

mv2=

Mf2

200

(d6-d4)2
故答案為：0.176；

Mf2

200

(d6-d4)2
（2）A、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
F=

mgM

M+m

=

mg

1+ m M

，由此可知當(dāng)M＞＞m時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，因此當(dāng)鉤碼質(zhì)量太大時，會造成較大誤差，故A正確；
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AB．

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)．