Question

20．某同學(xué)為探究“合外力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，操作步驟為：
①按圖1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先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源（電源頻率為f=50Hz），然后釋放小車，打出一條紙帶．

（1）他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中選取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖2所示，把打下的第一點(diǎn)記作0，選取點(diǎn)跡清晰的三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)標(biāo)記為1、2、3（相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出），用刻度尺測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3到0點(diǎn)的距離分別為d₁=25.6cm，d₂=36.0cm，d₃=48.0cm．他把鉤碼重力作為小車所受合外力（g取9.8m/s²），算出打下0點(diǎn)到打下點(diǎn)2過程中合力做功W=0.176J，把打下點(diǎn)2時(shí)小車的動(dòng)能作為小車動(dòng)能的改變量，算得E_k0.125．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（2）根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他并沒能得到“合外力對(duì)物體做的功，等于物體動(dòng)能的增量”，且誤差較大．你認(rèn)為產(chǎn)生這種情況的原因可能是鉤碼質(zhì)量太大，使得合外力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多（寫出一條即可）．

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O點(diǎn)到打“2”點(diǎn)這一過程中合力做功：
W=Fs=mgh=mgd₂=0.05×9.8×0.360≈0.176J；
由題意知，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t=0.02s×5=0.1s，
做勻變速直線運(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，
打第2個(gè)點(diǎn)的速度：v₂=$\frac{{x}_{13}}{2T}=\frac{d9t97lx_{3}-z19trfj_{1}}{2×T}=\frac{0.480-0.256}{2×0.1}$=1.12m/s，
打“2”點(diǎn)時(shí)小車的動(dòng)能作為小車動(dòng)能的改變量，E_k=$\frac{1}{2}$Mv₅²=$\frac{1}{2}$×0.2×1.12²≈0.125J；
（2）由（1）的計(jì)算可知，鉤碼對(duì)小車做的功比小車獲得的動(dòng)能大，可能的原因是鉤碼質(zhì)量太大，使得合外力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多；或沒有平衡摩擦力，使得合外力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多．
故答案為：（1）0.176；0.125；（2）鉤碼質(zhì)量太大，使得合外力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多．

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)．