1.某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了实验,他的操作步骤如下:
①按图甲连接实验装置,其中小车质量M=0.20 kg,钩码总质量m=0.05 kg。
②释放小车,然后接通打点计时器的电源(电源频率为f=50 Hz),打出一条纸带。
③他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条,如图乙所示。把打下的第一个点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到点0的距离分别为d1=0.041 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360 m,d6=0.480 m……
(1)他把钩码总重力(当地重力加速度g取10 m/s2)作为小车所受合力,算出打下点0到打下点5过程合力做功W= J(结果保留三位有效数字),用正确的公式Ek= (用相关数据前字母列式)把打下点5时小车的动能作为小车动能的改变量,算得Ek=0.125 J。
(2)此次实验探究的结果,他没能得到合力对物体做的功等于物体动能的增量这一结论,且误差很大。通过反思,他认为产生很大误差的原因有以下几条,其中正确的是 (填选项前的字母)。
A.钩码质量太大,使得合力对小车做功的测量值比真实值偏大太多
B.没有平衡摩擦力,使得合力对小车做功的测量值比真实值偏大太多
C.释放小车和接通电源的次序有误,使得动能增量的测量值比真实值偏小
D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因
【解析】(1)若用钩码的重力作为小车受的合力,则F合=mg=0.5 N,从打下点0到打下点5,小车的水平位移x=d5=0.360 m,所以W=F合x=0.5×0.360 J=0.180 J。打下点5时小车的动能Ek= M ,v5= ,式中Δt为5个时间间隔,即Δt= ,故Ek= (d6-d4)2。
(2)从该同学的实验操作情况来看,造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车受到的合力,实验前没有平衡摩擦力,故A、B正确;C、D两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响,故C、D错误。
答案:(1)0.180 (d6-d4)2 (2)A、B
