Question

【题目】如图(a)所示，用来验证牛顿第二定律的实验装置，也可以用来验证动能定理.其实验过程为：

A.测出小车的质量M=900g；

B.在木板右侧垫小木块以平衡小车受到的摩擦力；

C.测出小桶和沙的总质量m=100g；

D.按图安装好实验装置，接通频率为50Hz的低压交流电源，放开小车，让打点计时器在纸带上打好点后取下纸带；

E.纸带上的一段如图(b)所示，每5个打点取一个计数点，各计数点间的距离如图所示.

(1)选从A到E对应的过程研究，重力加速度取9.8m/s2，则小桶和沙的重力所做的功W=___________J；小车动能的增量△Ek=___________J(两空均保留3位有效数字)

(2)如果实验操作和数值计算的过程都正确无误，但实验结果W和△Ek在误差允许范围内总是不相等，你认为主要原因是：_________________________________.

Answer 1

【答案】 小车受到的拉力不等于（或小于）小桶和沙的重力（或：重力对小桶和沙所做的功（或减少的重力势能）应等于小桶和沙、小车动能增量的总和）

【解析】

根据“验证动能定理”可知，本题考查动能定理的实验研究，根据重力做功的定义式求解小桶和砂的重力所做的功．根据某段时间内的平均速度等于时间中点的瞬时速度，可以求出A、E点速度大小，从而进一步求出其动能的增加量.

(1)从计数点A到计数点E，小桶和砂的重力所做的功W=mgh=0.1×9.8×(4.55+5.50+6.50+7.45)×10-2=0.235J;

图中各点为每5个打点选出的计数点（两计数点间还有4个打点未标出），所以相邻的计数点的时间间隔是0.1s．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，因此有：;;

小车动能的增量.

(2)实验结果W和△Ek在误差允许范围内总是不相等，主要原因是：小车受到的拉力不等于（或小于）小桶和沙的重力.