题目内容

17.某同学在实验室用如图所示的装置来研究有关做功的问题.
如图(一)所示,在保持M>>m条件下,可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力,在控制小车的质量不变的情况下进行实验.

在实验中,该同学先接通打点计时器的电源,后放开纸带,已知交流电的频率为50Hz,如图(二)是在沙和沙桶质量m=100g,小车M=1kg情况下打出的一条纸带,O为起点,A、B、C为过程中的三个相邻的计数点,相邻的计数点之间有四个点没有标出,有关数据如图(二),则打B点时小车的动能为0.498J,从开始运动到打至B点时,绳的拉力对小车做功W=0.500J.(保留3位有效数字g=9.8m/s2)绳的拉力对小车做功W大于小车获得的动能Ek,导致这一结果的主要原因摩擦没有完全抵消掉.

分析 根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点时的速度,从而求出小车此时的动能.根据拉力的大小,结合移动的位移求出拉力做功的大小.
绳子对小车做功与小车获得的动能不等的原因有:摩擦力未平衡,或沙和沙桶的重力大于绳子的拉力.

解答 解:由平均速度表示中间时刻的瞬时速度可知,B点的速度为:vB=$\frac{{x}_{AC}}{2T}$=$\frac{(62.00-42.05)}{0.2}$cm/s=99.75cm/s=0.9975m/s,
小车的动能为:Ek=$\frac{1}{2}$Mv2=$\frac{1}{2}$×1×0.99752≈0.498J.
绳子拉力对小车做功的大小为:W=mgx=0.1×9.8×0.5101J≈0.500J.
绳子拉力对象小车做功大于小车获得的动能,主要的原因是摩擦没有完全抵消掉.
故答案为:(1)0.498,0.500;(2)摩擦没有完全抵消掉

点评 本题考查探究功与速度变化的关系实验,解决本题的关键掌握纸带处理的方法,会通过纸带求解瞬时速度和加速度,以及知道实验误差形成的原因,明确阻力作用所带来的影响.

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