Question

为验证“拉力做功与物体动能改变的关系”，某同学到实验室找到下列器材：长木板（一端带定滑轮）、电磁打点计时器、质量为200g的小车、质量分别为10g、30g和50g的钩码、细线、学生电源（有“直流”和“交流”挡）．该同学进行下列操作

A．组装实验装置，如图a所示

B．将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车

C．选用50g的钩码挂在拉线的挂钩P上

D．释放小车，接通打点计时器的电源，打出一条纸带

E．在多次重复实验得到的纸带中选出一条点迹清晰的纸带，如图b所示

F．进行数据采集与处理

请你完成下列问题：

（1）进行实验时，学生电源应选择用________挡（选填“直流”或“交流”）．

（2）该同学将纸带上打的第一个点标为“0”，且认为打“0”时小车的速度为零，其后依次标出计数点1、2、3、4、5、6（相邻两个计数点间还有四个点未画），各计数点间的时间间隔为0．1s，如图b所示．该同学测量出计数点0到计数点3、4、5的距离，并标在图b上．则在打计数点4时，小车的速度大小为________m/s；如果将钩码的重力在数值上当作小车所受的拉力，则在打计数点0到4的过程中，拉力对小车做的功为________J，小车的动能增量为________J．（取重力加速度g＝9．8m/s²，结果均保留两位有效数字）

（3）由（2）中数据发现，该同学并没有能够得到“拉力对物体做的功等于物体动能增量”的结论，且对其他的点（如2、3、5点）进行计算的结果与“4”计数点相似．你认为产生这种实验结果的主要原因有（写出两条即可）

①____________；

②____________．

Answer

（1）交流；（2）0．58 ；5．9×10－2；3．4×10－2；

（3）①小车质量不满足远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③没考虑砝码动能的增加．

【解析】试题分析：（1）电磁打点计时器应用交流电，故应选交流挡。（2）物体做匀变速直线运动，时间中点的瞬时速度等于该段的平均速度，相邻的两计数点的时间间隔为0．1s，。打点计时器打0~4点的过程中，拉力做功为。小车动能的增量为。（3）该实验产生的系统误差主要为：1、钩码的重力并不是小车所受拉力，而实际上是钩码与小车所组成的连接体的合外力，由牛顿第二定律得：，对小车，联立得：。由此可知，当M远大于m时，钩码重力等于绳子拉力，而实验并没有满足这个条件。2、另外此实验要进行平衡摩擦力的步骤，否则摩擦力的影响也会造成很大误差。

考点：动能定理的考查。

【名师点睛】打点计时器是一种计时仪器，用交流电源。把钩码重力当成小车合外力，利用功的公式直接求解功即可。根据匀变速直线运动规律时间中点的瞬时速度等于该段的平均速度可求4点的瞬时速度，进而求解动能大小。实验误差主要有两方面：1、系统误差。如没有平衡摩擦力或M没远远大于m等。2、偶然误差。如数据测量等。从这两方面分析即可。明确实验原理是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究加速度与力、质量关系的实验类似，可类比学习。