Question

某同学为了探究“恒力做功与物体动能变化的关系”，他设计了如下实验：
（1）他的操作步骤是：
①安装好实验装置如图．
②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．
③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线P上．
④先接通打点计时器的电源，后释放小车，打出一条纸带．
（2）在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，经测量、计算，得到如下数据：（g=9.8m/s²）
①第一个点到第N个点的距离为40.00cm．
②打下第N点时小车的速度大小为1.20m/s．该同学将钩码的重力当做小车所受的拉力，算出从打下第一点到打下第N点拉力对小车做的功为

0.196

J，小车动能的增量为

0.144

J（计算结果保留三位有效数字）．
（3）此次实验探究结果的误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了某些产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助他分析一下，造成较大误差的主要原因是：①

小车质量没有远大于钩码的质量

，②

没有平衡摩擦力

．

Answer 1

分析：（2）根据重力当做小车所受的拉力和钩码下降的距离可以求出拉力对小车做的功大小，根据小车在N点的速度可以求出小车动能的增量；
（3）该实验产生误差的主要原因一是钩码重力大小并不等于绳子拉力的大小，二是没有平衡摩擦力．

解答：解：（2）从打下第一点到打下第N点拉力对小车做的功：W=mgs=0.196J；
小车的动能增量为：△Ek=

1

2

Mv2=0.144J．
故答案为：0.196； 0.144．  
（3）该实验产生误差的主要原因一是钩码重力大小并不等于绳子拉力的大小，设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：
F=Ma    ①
对砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
F=

mgM

M+m

=

mg

1+ m M

，由此可知当M＞＞m时，砂和砂桶的重力等于绳子的拉力，显然该实验中没有满足这个条件；另外该实验要进行平衡摩擦力操作，否则也会造成较大误差．
故答案为：小车质量没有远大于钩码的质量，没有平衡摩擦力．

点评：明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似可以类比学习．