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間的定量關系”，我們提供了如圖的實驗裝置．

（1）某同學根據所學的知識結合該圖設計一個本實驗情景的命題：

如圖所示，設質量為m（已測定）的小球在重力mg作用下從開始端自由下落，測出小球下落至光電門時發生的_____①_______和通過光電門時的______②______，試探究外力做的功_____③_______ 與小球動能變化量______④______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．（在計算過程中g取10 m/s²，所有計算結果均保留三位有效數字）

①用天平測定小球的質量為0．50 kg；

②用游標尺測出小球的直徑為10．0 mm；

③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為80．80 cm；

④電磁鐵先通電，讓小球________；

⑤________，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^－3 s，由此可算得小球經過光電門時的速度為________m/s；

⑦計算得出重力做的功為________ J，小球動能變化量為________J。

（3）試根據在（2）條件下做好本實驗的結論：________________________________．

 

Answer 1

【答案】

(1)位移x　  速度v　   mgx　  　   (2)④吸在開始端　 

 ⑤電磁鐵斷電  　⑥4.00　  ⑦4.04　     4.00　   (3)在誤差允許范圍內，重力做的功與物體動能的變化量相等．    

【解析】

試題分析：（1）本題計算減少的重力勢能需要測出小球下落至光電門時發生的位移x；計算小球的動能需要測出小球通過光電門時的速度v；重力就是外力，做功為mgx；小球動能變化量為。

（2）④中，小球從開始端釋放，應該先吸在開始端；⑤中電磁鐵斷電，小球才能下落；⑦中重力做的功mgx=4.00J，小球動能變化量

（3）重力做的功mgx=4.00J和小球動能變化量在數值上很接近，結論為：在誤差允許范圍內，重力做的功與物體動能的變化量相等．

考點：驗證機械能守恒

點評：容易題。本實驗速度不能用或計算，因為只要認為加速度為g，機械能當然守恒，即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律，況且用口計算出的速度比實際值大，會得出機械能增加的錯誤結論，而因為摩擦阻力的影響，機械能應該減小，所以速度應從紙帶上直接測量計算．同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測量，而能用或計算得到．