Question

9．如圖所示，是某同學“驗證動能定理”的實驗裝置．其實驗操作步驟如下：
A．擺好實驗裝罝如圖所示．
B．將質(zhì)量為200g的小車拉到打點計時器附近，并按住小車．
C．在質(zhì)量為l0g、30g、50g的三種鉤碼中，他挑選了一個質(zhì)量為50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上．
D．釋放小車，打開電磁打點計時器的電源，打出一條紙帶．
（1）在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條，經(jīng)測量、計算，得到如下數(shù)據(jù)：
①第一個點判第N個點的距離為40.0cm．
②打下第N個點時小車的速度大小為1.00m/s，該同學將鉤碼的重力當做小車所受的拉力，算出：第一個點到第N個點的過程，拉力對小車做的功為0.196J．把第N個點時的動能當做動能的增量，小車動能的增量為0.10J．（g=9.8m/s²）
（2）此次實驗探究結(jié)果，他沒能得到“合外力對物體做的功，等于物體動能的增量”，且誤差很大．
顯然，在實驗探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素，請你根據(jù)該同學的實驗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：①小車質(zhì)量沒有遠大于鉤碼質(zhì)量：②沒有平衡摩擦力，：③操作錯誤：先放小車后開電源，．

Answer 1

分析 （1）將砝碼重力當作小車所受合外力，根據(jù)功的定義可以正確解答，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度可以求出第5個點的速度大小，進一步求出其動能大��；
（2）實驗誤差主要來自兩個方面一是由實驗原理不完善，沒有平衡摩擦力導致的系統(tǒng)誤差，一是由數(shù)據(jù)測量如測量距離等導致的偶然誤差，可以從這兩個方面進行分析．

解答 解：（1）已知M=200g=0.2kg，s=40cm=0.4m，m=50g=0.05kg
從打下第一點到打下第N點拉力對小車做的功：W=mgs=0.05×9.8×0.4=0.196J；
小車的動能增量為：△E_k=$\frac{1}{2}$Mv²=$\frac{1}{2}×$0.2×1=0.10J．
（2）該實驗產(chǎn)生誤差的主要原因一是鉤碼重力大小并不等于繩子拉力的大小，設繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma…①
對砂桶和砂有：mg-F=ma…②
F=$\frac{M}{m+M}$mg，
由此可知當M＞＞m時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，顯然該實驗中沒有滿足這個條件；另外該實驗要進行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差．
故答案為：（1）0.196，0.10，（2）小車質(zhì)量沒有遠大于鉤碼質(zhì)量，沒有平衡摩擦力，操作錯誤：先放小車后開電源，

點評 本題考查驗證動能定理的實驗，明確實驗原理往往是解決實驗問題的關鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關系的實驗類似可以類比學習．