Question

有一个同学经过思考，认为验证牛顿第二定律的实验装置（如图所示）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；B、平衡摩擦力；C、测出小桶和砂的质量m；D、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并作好标记；E、改变小车或者小桶的质量，再做几次实验．
（1）当小车的质量M=900g，小桶和砂的质量m=110g时，打出的纸带的某一段如下图所示（长度单位为cm），图中各点为每10个打点选出的计数点（两计数点间还有9个打点未标出）．从计数点A到计数点E，小桶和砂的重力所做的功W=______J；小车动能的增量△E_k=______J．（g 取9.8m/s²）
（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△E_k在误差允许范围内总是不相等，你认为主要原因是：______．

Answer 1

解：（1）从计数点A到计数点E，小桶和砂的重力所做的功W=mgh=0.11×9.8×（1.40-0.20）=1.294J
图中各点为每10个打点选出的计数点（两计数点间还有9个打点未标出），所以相邻的计数点的时间间隔是0.2s．
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：
v_A==2.2m/s
v_E==3.8m/s
小车动能的增量△E_k=m-m=1.08J
（2）实验结果W和△E_k在误差允许范围内总是不相等，你认为主要原因是：小车受到的拉力不等于小桶和砂的重力
故答案为：（1）1.294； 1.08
（2）小车受到的拉力不等于小桶和砂的重力
分析：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．
点评：书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚，同时要熟练应用所学基本物理知识进行数据处理．