Question

18．某同学为探究“恒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：

①摆好实验装置如图．
②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．
③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线P上
④释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带．
（1）在多次重复实验得到的纸带中取出较为满意的一条，经测量、计算，得到如下数据：
a．第一个点到第N个点的距离为40.0cm．
b．打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s．
该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出拉力对小车做的功为0.196J，小车动能的增量为0.100J．
（2）此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，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操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是（至少说出两种可能）：没有平衡摩擦力，小车质量没有远大于钩码质量．

Answer 1

分析 （1）根据重力当做小车所受的拉力和钩码下降的距离可以求出拉力对小车做的功大小，根据小车在N点的速度可以求出小车动能的增量；
（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，二是没有平衡摩擦力．

解答 解：（1）从打下第一点到打下第N点拉力对小车做的功：
W=mgs=0.05×9.8×0.4=0.196J；
小车的动能增量为：△E_k=$\frac{1}{2}$Mv²=$\frac{1}{2}$×0.2×1²=0.100J．  
（2）由于实验时没有平衡摩擦力，小车的质量没有远大于钩码的质量，所以实验误差较大．
故答案为：（1）0.196；0.100；  （2）没有平衡摩擦力，小车质量没有远大于钩码质量．

点评 明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似可以类比学习．