Question

某同學(xué)為了探究“恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，他設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：
（1）他的操作步驟是：
①安裝好實(shí)驗(yàn)裝置如圖．
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、30g、50g的三種鉤碼中，他挑選了一個(gè)質(zhì)量為50g的鉤碼掛在拉線P上．
④先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，后釋放小車，打出一條紙帶．
（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)：（g=9.8m/s²）
①第一個(gè)點(diǎn)到第N個(gè)點(diǎn)的距離為40.00cm．
②打下第N點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為1.20m/s．該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)做小車所受的拉力，算出從打下第一點(diǎn)到打下第N點(diǎn)拉力對(duì)小車做的功為

0.196

J，小車動(dòng)能的增量為

0.144

J（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（3）此次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果的誤差很大，顯然，在實(shí)驗(yàn)探究過程中忽視了某些產(chǎn)生誤差的因素．請(qǐng)你根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置和操作過程幫助他分析一下，造成較大誤差的主要原因是：①

小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量

，②

沒有平衡摩擦力

．

Answer 1

分析：（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：（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=0.196J；
小車的動(dòng)能增量為：△Ek=

1

2

Mv2=0.144J．
故答案為：0.196； 0.144．  
（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=

mgM

M+m

=

mg

1+ 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：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)．