Question

20．某同學(xué)為探究“合外力做功與物體動能改變的關(guān)系”，設(shè)計了如下實驗，操作步驟為：
①按圖1擺好實驗裝置，其中小車質(zhì)量M=0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m=0.05kg．
②先接通打點計時器的電源（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)實驗得到的紙帶中選取出自認為滿意的一條，如圖2所示，把打下的第一點記作0，選取點跡清晰的三個相鄰計數(shù)點標(biāo)記為1、2、3（相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出），用刻度尺測得計數(shù)點1、2、3到0點的距離分別為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點到打下點2過程中合力做功W=0.176J，把打下點2時小車的動能作為小車動能的改變量，算得E_k0.125．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（2）根據(jù)此次實驗探究的結(jié)果，他并沒能得到“合外力對物體做的功，等于物體動能的增量”，且誤差較大．你認為產(chǎn)生這種情況的原因可能是鉤碼質(zhì)量太大，使得合外力對物體做功的測量值比真實值偏大太多（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小；
（2）實驗誤差主要來自兩個方面一是由實驗原理不完善導(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行分析．

解答 解：（1）從打O點到打“2”點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，計數(shù)點間的時間間隔t=0.02s×5=0.1s，
做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，
打第2個點的速度：v₂=$\frac{{x}_{13}}{2T}=\frac{uevmaas_{3}-4cphghd_{1}}{2×T}=\frac{0.480-0.256}{2×0.1}$=1.12m/s，
打“2”點時小車的動能作為小車動能的改變量，E_k=$\frac{1}{2}$Mv₅²=$\frac{1}{2}$×0.2×1.12²≈0.125J；
（2）由（1）的計算可知，鉤碼對小車做的功比小車獲得的動能大，可能的原因是鉤碼質(zhì)量太大，使得合外力對物體做功的測量值比真實值偏大太多；或沒有平衡摩擦力，使得合外力對物體做功的測量值比真實值偏大太多．
故答案為：（1）0.176；0.125；（2）鉤碼質(zhì)量太大，使得合外力對物體做功的測量值比真實值偏大太多．

點評 明確實驗原理往往是解決實驗問題的關(guān)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(guān)系的實驗類似可以類比學(xué)習(xí)．