Question

小剛同學用如圖實驗裝置研究“機械能守恒定律”．他進行如下操作并測出如下數(shù)值．
①用天平測定小球的質(zhì)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82.05cm；
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(jīng)過光電門時間內(nèi)，計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2.50×10^-3s，由此可算得小球經(jīng)過光電門的速度；
⑦計算得出小球重力勢能減小量△E_p=

 

J，小球的動能變化量△E_k=

 

J．（g取9.8m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
⑧從實驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)△E_p

 

△E_k（填“稍大于”、“稍小于”或“等于”），試分析可能的原因

 

．

Answer 1

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(shù)據(jù)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(jīng)過光電門時的速度，從而求出動能．根據(jù)功的定義式求出重力做功．
由于存在空氣阻力；測量有誤差；讀數(shù)誤差；計算速度值有誤差等

解答：解：⑦計算小鋼球經(jīng)過光電門時的速度可利用表達式v=

d

t

進行計算，該速度是t時間內(nèi)的平均速度，由于小球做勻加速直線運動，所以該速度小于小球經(jīng)過d的中點時的瞬時速度，所以此計算結(jié)果比小球的實際速度略小；
利用平均速度代替瞬時速度算得小球經(jīng)過光電門時的速度得：
小球經(jīng)過光電門時的速度為：v=

d

△t

=

10×10-3

2.5×10-3

m/s=4.00m/s．
小球從電磁鐵處下落到經(jīng)過光電門時，小球重力勢能減小量為：△E_P=mgh=0.5×9.8×0.8205J=4.02J．
小球動能變化量為：△E_k=

1

2

mv²-0=

1

2

×0.5×4²J=4.00J．
⑧由于存在空氣阻力，或測量中忽略了小球的尺度，導(dǎo)致實驗結(jié)果中減小的重力勢能稍大于增加的動能．
故答案為：⑦4.02；4.00；
⑧稍大于；空氣阻力的影響，高度測量中忽略了小球的尺度等．

點評：本題關(guān)鍵是要根據(jù)探究功與動能變化關(guān)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(shù)字的保留．