Question

17．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)采用如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理．圖中A為小車，B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，一端帶有定滑輪的足夠長的木板水平放置，C為彈簧測(cè)力計(jì)，不計(jì)繩與滑輪間的摩擦．靜止釋放小車后在打出的紙帶上取計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1s，并測(cè)量出兩段長度如圖2，若測(cè)出小車質(zhì)量為0.2kg，選擇打2、4兩點(diǎn)時(shí)小車的運(yùn)動(dòng)過程來研究，可得打2點(diǎn)時(shí)小車的動(dòng)能為0.004J；打4點(diǎn)時(shí)，小車的動(dòng)能為0.016J；該同學(xué)讀出彈簧秤的讀數(shù)為0.25N，由W_F=F•x₂₄算出拉力對(duì)小車做功為0.03J；計(jì)算結(jié)果明顯不等于該過程小車動(dòng)能增加量，超出實(shí)驗(yàn)誤差的正常范圍．你認(rèn)為誤差的主要原因是小車運(yùn)動(dòng)過程要克服阻力做功．

Answer 1

分析 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論求出打2、4點(diǎn)時(shí)小車的速度，然后求出小車的動(dòng)能；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用功的計(jì)算公式求出功；實(shí)驗(yàn)時(shí)要平衡摩擦力，否則小車運(yùn)動(dòng)時(shí)要克服摩擦力做功，增大實(shí)驗(yàn)誤差．

解答 解：計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離：4.00cm=0.0400m，8.00cm=0.0800m，
打點(diǎn)2時(shí)小車的速度：v₂=$\frac{0.0400}{2×0.1}$=0.2m/s，動(dòng)能：E_K2=$\frac{1}{2}$mv₂²=$\frac{1}{2}$×0.2×0.2²=0.004J；
打點(diǎn)4時(shí)小車的速度：v₄=$\frac{0.0800}{2×0.1}$=0.4m/s，動(dòng)能：E_K4=$\frac{1}{2}$mv₄²=$\frac{1}{2}$×0.2×0.4²=0.016J；
拉力對(duì)小車做功：W_F=F•x₂₄=0.25×（4.00+8.00）×10^-2=0.03J；
由圖示實(shí)驗(yàn)裝置可知，沒有破壞摩擦力，小車所受合力明顯小于細(xì)線的拉力，
由于要克服阻力做功，因此拉力做的功明顯不等于該過程小車動(dòng)能增加量；
故答案為：0.004；0.016；0.03；小車運(yùn)動(dòng)過程要克服阻力做功．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出小車的速度是解題的關(guān)鍵．