Question

物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大，為了“探究重力做功和物體動能變化的定量關系”，我們提供了如右圖的實驗裝置．
（1）某同學根據所學的知識結合右圖設計一個本實驗情景的命題：
如圖如示，質量為m的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發生的______，通過光電門時的______，試探究重力做的功______與小球動能變化量______的定量關系．
請在①②空格處填寫物理量的名稱和對應符號；在③④空格處填寫數學表達式．
（2）某同學根據上述命題進行如下操作并測出如下數字．
①用天平測定小球的質量為0.50kg；
②用游標卡尺測出小球的直徑為10.0mm；
③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為80.80cm；
④電磁鐵先通電，讓小球吸在開始端．
⑤電磁鐵斷電時，小球自由下落．
⑥在小球經過光電門時間內，計時裝置記下小球經過光電門所用時間為2.50×10^-3s，由此可算得小球經過光電門的速度為______m/s．
⑦計算得出重力做的功為______J，小球動能變化量為______J．（結果保留三位數字）
（3）試根據（2）對本實驗下結論：____________．

Answer 1

【答案】分析：解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
利用平均速度代替瞬時速度算得小球經過光電門時的速度，從而求出動能．
根據功的定義式求出重力做功．
解答：解：（1）該實驗要探究重力做功和物體動能變化的定量關系，所以我們要測量小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發生的位移s，
通過光電門時的速度v，來探究外力做的功mgs與小球動能變化量mv²的關系．
（2）利用平均速度代替瞬時速度算得小球經過光電門時的速度得：
小球經過光電門時的速度為v=4m/s
小球從電磁鐵處下落到經過光電門時重力做的功為w=mgh=4.04J．
小球動能變化量為△E_k=mv2-0=4.00J．
（3）根據②中計算出的數據得出本實驗的結論為：在誤差允許范圍內，小球重力做的功與其動能的變化量相等．
故答案為：（1）位移s，瞬時速度v，mgs，mv²．
（2）⑥4；⑦4.04； 4.00．
（3）在誤差允許范圍內，小球重力做的功與其動能的變化量相等．
點評：本題關鍵是要根據探究功與動能變化關系的實驗的實驗原理，測出需要比較的物理量．
計算過程中要注意單位的換算和有效數字的保留．