Question

【题目】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”档).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M=200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车

C选用m=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

(1)进行实验时，学生电源应选择用交流档

(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.ls，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。设对应计算点的速度为v3、v4、v5。则在打计数点4时，小车的速度大小为v4=_________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，小车的动能的增量为__________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，他认为产生这种实验结果的主要原因之一是：没有平衡摩擦力；原因之二是：没考虑_____动能的增加(选填“钩码”或“小车”)；原因之三是：平衡摩擦力之后，重力大小并不等于绳子拉力的大小，请你写出绳子上拉力大小的表达式F=_________。

Answer 1

【答案】0.58； 0.059； 0.034； 钩码；

【解析】

(2)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，相邻的两个计数点间的时间间隔为T=0.1s

得：v4=m/s=0.58m/s，

在打计数点0到4的过程中，拉力对小车做的功为：W=mgs=0.05×9.8×0.12=0.059J；

小车的动能增量为：△EK= J=0.034J;

(3)系统重力势能的减小量等于小车和钩码增加的动能之和，没考虑钩码增加的动能也是造成误差的主要原因一；

平衡摩擦力后，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：mgF=ma…②

F=mg，