Question

【题目】某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是:

A.按如图摆好实验装置;

B.将质量M=0.2kg的小车拉到打点计时器附近，并按住小车;

C.在总质量m分别为20g、30g、40g的三种钩码中，挑选了一个质量为40g的钩码挂在拉线的挂钩上;

D.接通打点计时器的电源(电源频率为f=50Hz)，然后释放小车，打出一条纸带.
①多次重复实验，从中挑选一条点迹清晰的纸带如图所示.把打下的第一点记作“0”，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用毫米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为 ，他把钩码重力(当地重力加速度作为小车所受合力算出打下“0”点到打下“5”点合力做功.则合力做功W=________J，小车动能的改变量_____________J（结果均保留三位有效数字）
②此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素.请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大_________（“系统”或“偶然”）误差的主要原因是___________________________________________；_____________________________________________________________________________(写出两条即可)

Answer 1

【答案】0.0735； 0.0572； 系统； 未平衡摩擦力； 小车质量未远大于购码质量；

【解析】

①将砝码重力当作小车所受合外力，根据功的定义可以正确解答，根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度可以求出第5个点的速度大小，进一步求出其动能大小；
②实验误差主要来自由实验原理不完善导致的系统误差；

①从打下第一点到打下第5点拉力对小车做的功为：；

根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，则：

小车动能的改变量：

②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：
对钩码有：

联立得到：

由此可知当时，钩码的重力等于绳子的拉力，显然该实验中没有满足这个条件；
二是该实验要进行平衡摩擦力操作，否则也会造成较大误差

显然，这是由于系统不完善而造成的系统误差。