Question

1．某同學(xué)為探究“恒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，他挑選了其中一個鉤碼掛在拉線的掛鉤P上．
④打開打點(diǎn)計(jì)時器的電源，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)測量、計(jì)算，得到如下數(shù)據(jù)：
①第一個點(diǎn)到第N個點(diǎn)的距離為40.0cm．
②打下第N點(diǎn)時小車的速度大小為0.5m/s．該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)作小車所受的拉力，拉力對小車做的功為0.04J，小車動能的增量為0.025J．
（3）此次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，他沒能得到“恒力對物體做的功等于物體動能的增量”，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，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)拉力對小車做的功：W=mgs=0.01×10×0.4=0.04J；
小車的動能增量為：△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=$\frac{mgM}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，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）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 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)．