Question

物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動(dòng)能越來越大，為了“探究重力做功和物體動(dòng)能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如下圖的實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)結(jié)合右圖設(shè)計(jì)一個(gè)本實(shí)驗(yàn)情景的命題：如圖所示，設(shè)質(zhì)量為m（已測定）的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的位移s，通過光電門時(shí)的速度v，試探究外力做的功mgs與小球動(dòng)能變化量

1

2

mv2的定量關(guān)系．
（2）某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測出如下數(shù)字．
①用天平測定小球的質(zhì)量為0.50kg；
②用游標(biāo)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

，小球自由下落．
⑥在小球經(jīng)過光電門時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為2.50×10^-3s，由此可算得小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度為

4

m/s．
⑦計(jì)算得出重力做的功為

4.02

J，小球動(dòng)能變化量為

4.00

J．（g取10m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）試根據(jù)在（2）中條件下做好本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：

在誤差允許范圍內(nèi)，重力做的功與物體動(dòng)能的變化量相等．

．

Answer 1

分析：解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
利用平均速度代替瞬時(shí)速度算得小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度，從而求出動(dòng)能．
根據(jù)功的定義式求出重力做功．

解答：解：（2）④電磁鐵先通電，讓小球吸在開始端．使得小球處于靜止?fàn)顟B(tài)．
⑤電磁鐵斷電，小球只受重力，小球自由下落．
⑥利用平均速度代替瞬時(shí)速度算得小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度得：
小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度為v=

d

△t

=4　m/s
⑦重力做功w=mgh=4.02　J
小球動(dòng)能變化量為△E_k=

1

2

mv²-0=4.00J
（3）在誤差允許范圍內(nèi)，重力做的功與物體動(dòng)能的變化量相等．
故答案為：④吸在開始端．⑤電磁鐵斷電�、�4　m/s．⑦4.02　J，4.00J．（3）在誤差允許范圍內(nèi)，重力做的功與物體動(dòng)能的變化量相等．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵是要根據(jù)探究功與動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，測出需要比較的物理量．
計(jì)算過程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．